Машина постоянного тока — электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую постоянного тока (генератор) или для обратного преобразования (двигатель). Машина постоянного тока обратима.
Машина постоянного тока образуется из синхронной обращённой конструкции, если её якорь снабдить коллектором, который в генераторном режиме играет роль выпрямителя, а в двигательном — преобразователя частоты. Благодаря наличию коллектора по обмотке якоря проходит переменный ток, а во внешней цепи, связанной с якорем, — постоянный.
Машина постоянного тока
Содержание
Различают следующие виды машин постоянного тока:
Принцип действия
Машина постоянного тока может работать в двух режимах: двигательном и генераторном, в зависимости от того, какую энергию к ней подвести — если электрическую, то электрическая машина будет работать в режиме электродвигателя, а если механическую — то будет работать в режиме генератора. Однако электрические машины, как правило предназначены, заводом изготовителем, для одного определенного режима работы — или в режиме генератора, или электродвигателя.
Электродвигатель
Электродвигатели постоянного тока стоят почти на каждом автомобиле, это стартер, электропривод стеклоочистителя, вентилятор «печки» и др.
В роли индуктора выступает статор, на котором расположена обмотка. На неё подаётся постоянный ток, в результате чего вокруг неё создаётся постоянное магнитное поле. Обмотка ротора состоит из проводников, запитанных через коллектор. В результате на них действуют пары сил Ампера, которые вызывают вращающий момент. Направление сил определяется по правилу «буравчика». Однако этот вращающий момент способен повернуть ротор только на 180 градусов, после чего он остановится. Чтобы это предотвратить, используется щёточно-коллекторный узел, выполняющий роль переключателя полюсов и датчика положения ротора (ДПР).
Генератор
В генераторе индуктором также является статор, создающий постоянное магнитное поле между соответствующими полюсами. При вращении ротора, в проводниках обмотки якоря, перемещающихся в магнитном поле, по закону электромагнитной индукции наводится ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки. Переменная ЭДС обмотки якоря выпрямляется с помощью коллектора, через неподвижные щетки, посредством которых обмотка соединяется с внешней сетью.
Автомобильный генератор представляет собой генератор переменного трёхфазного тока с трёхфазным выпрямителем на шести диодах по схеме академика Ларионова
Ссылки
Литература
Полезное
Смотреть что такое «Машина постоянного тока» в других словарях:
МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА — электрическая Машина для преобразования механической энергии в электрическую постоянного тока (генератор) или для обратного преобразования (двигатель). Машина постоянного тока обратима … Большой Энциклопедический словарь
машина постоянного тока — — [В.А.Семенов. Англо русский словарь по релейной защите] Тематики релейная защита EN d.c. machine … Справочник технического переводчика
машина постоянного тока — электрическая машина для получения постоянного тока (генератор) или для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую (двигатель). Машина постоянного тока обратима. * * * МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА,… … Энциклопедический словарь
машина постоянного тока — Электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую энергию постоянного тока, или электрической энергии постоянного тока в механическую энергию, или электрической энергии постоянного тока в электрическую… … Политехнический терминологический толковый словарь
машина постоянного тока параллельного возбуждения — машина постоянного тока параллельного возбуждения; шунтовая машина постоянного тока; шунтовая машина Машина постоянного тока, обмотка возбуждения которой соединена параллельно с цепью якоря … Политехнический терминологический толковый словарь
машина постоянного тока последовательного возбуждения — машина постоянного тока последовательного возбуждения; сериесная машина постоянного тока; сериесная машина Машина постоянного тока, обмотка возбуждения которой соединена последовательно с цепью якоря … Политехнический терминологический толковый словарь
машина постоянного тока смешанного возбуждения — Машина постоянного тока с несколькими обмотками возбуждения … Политехнический терминологический толковый словарь
МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ — электрич. машина пост. тока, у к рой обмотка возбуждения соединена с обмоткой якоря параллельно. Используется как двигатель или как генератор. Имеет жёсткую внеш. (генератор) и механич. (двигатель) хар ки … Большой энциклопедический политехнический словарь
МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ — электрич. машина пост. тока с самовозбуждением, у к рой обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря. М. п. т. п. в. применяют в качестве двигателя, к рый благодаря мягкой механич. хар ке особенно пригоден для электрич. тяги,… … Большой энциклопедический политехнический словарь
шунтовая машина постоянного тока — машина постоянного тока параллельного возбуждения; шунтовая машина постоянного тока; шунтовая машина Машина постоянного тока, обмотка возбуждения которой соединена параллельно с цепью якоря … Политехнический терминологический толковый словарь
Электрические машины постоянного тока: устройство и принцип действия
Устройство машины постоянного тока при первом знакомстве кажется сложным. Но если понять происходящие внутри процессы, ситуация существенно прояснится.
Машины постоянного тока: что это?
Применение электрического тока в основном заключается в превращении его в иные виды энергии, в частности, механическую. Также и механическая энергия может быть превращена в электрическую.
Этими преобразованиями занимаются машины постоянного и переменного тока. У первых в обмотку возбуждения подается постоянный ток.
Машины постоянного тока (МПТ), преобразующие механическую энергию в электричество, называются генераторами. Выполняющие обратное преобразование — двигателями.
Устройство
МПТ состоят из двух частей:
В машинах переменного тока индуктор и якорь принято называть, соответственно, статором и ротором. Индуктор создает первичное магнитное поле, воздействующее на якорь с целью навести в нем ЭДС (генератор) либо заставить его вращаться (двигатель).
В маломощных МПТ индуктором иногда выступает постоянный магнит, но чаще с целью добиться однородного магнитного потока применяют электромагнит, то есть систему катушек, создающих при протекании через них постоянного тока магнитное поле обмотка возбуждения (ОВ).
Устройство машины постоянного тока
Каждая катушка намотана на сердечник, вместе они образуют магнитный полюс. Для надлежащего распределения магнитного потока сердечник снабжен специальным наконечником. Основных полюсов может быть несколько. Помимо них применяются добавочные, обеспечивающие безыскровую работу коллектора. Последний представляет собой важный элемент МПТ, его функция будет рассмотрена ниже.
Ярмо индуктора одновременно является станиной МПТ, потому его так обычно и называют. К нему крепятся магнитные полюсы и подшипниковые щиты (вращается вал якоря). В сущности, ярмо — это лишь часть станины, по которой замыкаются магнитные потоки основных и добавочных полюсов.
Якорь представляет собой сердечник с пазами, содержащими уложенный в определенном порядке провод — обмотку. Сердечник закреплен на валу, вращающемся в подшипниках. Здесь же закреплен коллектор.
Коллектор обеспечивает возможность подачи питания на обмотку вращающегося якоря. Он является подвижной частью так называемого скользящего коллекторного контакта, и состоит из нескольких изолированных друг от друга сегментообразных медных пластин, закрепленных в виде цилиндра на валу якоря. Неподвижная часть контакта представлена графитовыми или медно-графитовыми щетками, закрепленными в щеткодержателях. Пружинами они придавливаются к пластинам коллектора.
Принцип действия
Особенности функционирования МПТ зависит от того, в каком режиме она работает — генератора или двигателя. Далее подробно рассматриваются оба варианта.
Генератор
Принцип работы генератора постоянного тока основан на явлении электромагнитной индукции. Состоит оно в том, что при изменении магнитного потока, пересекающего проводник, в последнем наводится ЭДС.
Принцип действия генератора постоянного тока
Чтобы добиться изменения магнитного потока, меняют параметры поля либо двигают в постоянном поле проводник. По второму варианту и работает генератор постоянного тока: обмотка якоря приводится во вращение внешней механической силой.
Очевидно, что после поворота витков обмотки на 180 градусов ЭДС окажется направленной противоположно. Сохранить ток в подключенной к генератору цепи постоянным, то есть однонаправленным, помогает коллектор: в нужный момент он переподключает концы обмотки якоря к противоположным контактам цепи (щеткам). То есть в этой машине коллектор играет роль механического выпрямителя.
Двигатель
Работа МПТ в режиме двигателя обусловлена возникновением так называемой амперовой силы. Она действует на помещенный в магнитное поле проводник при протекании по нему тока. Направление амперовой силы определяется по правилу левой руки.
Сила Ампера появляется благодаря следующему механизму:
Как и в случае с генератором, после поворота витка обмотки якоря в определенное положение, требуется переключение контактов для изменения в ней направления тока либо полярности индуктора. Поэтому в режиме двигателя коллектор также необходим.
У коллекторных двигателей есть преимущества:
Недостаток — низкая надежность коллектора и его сложность, негативно отражающаяся на стоимости двигателя.
Вот какими нежелательными явлениями сопровождается работа узла:
В целях борьбы с недостатками в некоторых современных двигателях постоянного тока (ДПТ) применены следующие решения:
Такие двигатели называют бесколлекторными, за рубежом — BLDC-двигателями.
Классификация МПТ по способу питания обмоток индуктора и якоря
По данному признаку МПТ делятся на 4 вида.
С независимым возбуждением
Обмотки индуктора и якоря не имеют электрического соединения. У генераторов этого типа обмотку возбуждения питает сеть постоянного тока, аккумулятор или специально предназначенный для этого генератор — возбудитель. Мощность последнего — несколько сотых мощности основного генератора.
Область применения генераторов с независимым возбуждением:
У двигателей с независимым возбуждением запитана и якорная обмотка. В основном это также агрегаты большой мощности.
Независимость обмотки индуктора позволяет удобнее и экономичнее регулировать ток возбуждения. Еще одна особенность таких моторов — постоянство магнитного потока возбуждения при любой нагрузке на валу.
С параллельным возбуждением
Обмотки индуктора и якоря соединены в одну цепь параллельно друг другу. Генераторы этого типа обычно применяются для средних мощностей. При параллельном соединении генерируемое устройством напряжение подается на обмотку возбуждения. При соединении в одну цепь обмоток индуктора и якоря говорят о генераторе с самовозбуждением.
По своим характеристикам они идентичны моторам с независимым возбуждением и обладают следующими особенностями:
Индуктор вращающегося двигателя с параллельным возбуждением нельзя отсоединять от цепи якоря, даже если он уже отключен. Это приведет к наведению значительной ЭДС в обмотке возбуждения с последующим выходом мотора из строя. Находящийся рядом персонал может получить травму.
С последовательным возбуждением
Обмотки соединены в цепь последовательно друг другу. Через обмотку возбуждения течет ток якоря. Генераторы этого типа почти не применяются, поскольку процесс самовозбуждения происходит достаточно бурно и устройство не способно обеспечить необходимое большинству потребителей постоянство напряжения. Их используют только в специальных установках.
Схема последовательного возбуждения
Двигатели этого типа широко применяют в качестве тяговых (электровозы, троллейбусы, краны и пр.): по сравнению с аналогами параллельного возбуждения, при нагрузке они дают более высокий момент с одновременным уменьшением скорости вращения. Пусковой момент также высок.
С параллельно-последовательным (смешанным) возбуждением
Существует два вида схемы:
Схемы систем возбуждения МПТ
Подключение параллельной обмотки до последовательной называют «коротким шунтом», за последовательной — «длинным шунтом». Генераторы этого типа применяются крайне редко.
Двигатели сочетают в себе достоинства аналогов с параллельным и последовательным возбуждением: способны работать на холостом ходу и при этом развивают значительное тяговое усилие. Но и они сегодня почти не применяются.
Видео по теме
Об устройстве и принципе работы двигателя постоянного тока в видео:
Несмотря на преобладание тока переменного, машины постоянного тока остаются востребованными. Это объясняется их экономичностью, простотой регулировки и рядом прочих достоинств. Коллекторные двигатели, в сущности, универсальны, поскольку могут работать и на переменном токе (направление тока в обмотках все время совпадает).
Машины постоянного тока – все, что нужно знать об этих устройствах
Несмотря на то, что переменный ток активно применяется человеком в быту и на различных производствах, машины постоянного тока, несмотря на некоторую ограниченность, до сих пор активно применяются в различных сферах деятельности человека. Суть работы данных агрегатов одна – преобразование механической энергии в электрическую, и наоборот.
Сегодня мы расскажем вам много интересного про эти уже давно изобретенные агрегаты, которые до сих пор практически ни в чем не изменились.
Особенности двигателей постоянного тока
У двигателей постоянного тока есть одно неоспоримое преимущество перед аналогами, работающими на переменном токе. Эти агрегаты могут плавно и точно регулировать свою скорость вращения, у них высокое быстродействие, а также они обладают большими перегрузочными и пусковыми моментами.
Сегодня их используют в основном в следующих отраслях:
Как устроены машины, работающие на постоянном токе
Электрические машины постоянного тока являются обратимыми устройствами, то есть они при определенном подключении могут использоваться либо как двигатель, либо как генератор тока.
На картинке выше показано классическое строение такой машины:
Совет! Пункты 4 и 5 являются частями статора – неподвижной электрической части машины, которая может выступать в роли мощного электромагнита (режим двигателя) или обмотки индуктирующей напряжение (генераторный режим).
Интересно знать! Никакой двигатель не может преобразовывать энергию без потерь – ее часть всегда уходит в тепло.
Помимо этого конструкция имеет центральный вал вращения, который почему-то на схеме не отмечен, и иногда лапы – петли, через которые агрегат можно закрепить к столу, например.
Остальные элементы относятся к механической части.
Сам якорь имеет следующее строение:
Интересно знать! Контакт коллектора и щеток устроен таким образом, чтобы концы одной обмотки никогда не могли коротко замкнуться.
Идем дальше – на очереди щеточный аппарат:
При вращении ротора, между щетками и коллектором возникает искрение. Если оно будет слишком сильным, то возможно даже образование дугового разряда, что приведет к короткому замыканию и выходу агрегата из строя. Чтобы этого не произошло, и применяются дополнительные полюса обмотки.
На корпусе машины располагаются клеммы для подключения внешних цепей, а также паспортные данные.
Классификация машин постоянного тока
Способы возбуждения машин постоянного тока и включения главных полюсов делят машины на разные типы.
Выделяют следующие варианты:
Принцип работы на примере двигателя постоянного тока
Давайте посмотрим, как работает двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением.
Рабочие моменты
Давайте разберем некоторые характеристики и особенности машин постоянного тока.
Пуск и режим реверса
В момент, когда двигатель запускается, якорь имеет неподвижное положение, а значит, ЭДС в нем равна нулю. Из-за того, что сопротивление якорной обмотки очень маленькое, пусковой тока якоря намного превышает номинальный. Если представить себе такой пуск двигателя, то он однозначно бы вышел из строя.
Интересно знать! Одновременное изменение направления токов ни к чему не приведет, двигатель продолжит вращаться в том же направлении.
Потери мощности и КПД
Любой двигатель или генератор постоянного тока работает с потерями мощности. Их делят на два типа: основные и добавочные.
Интересно знать! Потери мощности при работе в холостом режиме, то есть без нагрузки, крайне малы.
Для расчета каждого типа потерь применяются специальные формулы. Мы не будем так глубоко вдаваться в суть, а скажем лишь, что КПД машины постоянного тока определяется отношением отдаваемой мощности, к потребляемой. Выражают данное значение обычно в процентах.
Современные машины постоянного тока стали очень эффективными. КПД у них обычно варьируется в пределах 75-90%.
Рабочие характеристики
Рабочие характеристики представляют собой следующие зависимости:
Все эти параметры позволяют говорить о свойствах двигателей в режиме эксплуатации, а также находить оптимальные и экономичные режимы их работы.
Регулировка скорости вращения двигателя
Регулировать скорость вращения машины постоянного тока можно тремя способами: изменение напряжения сети, реостатное регулирование, изменение магнитного потока. Давайте обо всем по порядку.
Конечно, мы назвали не все характеристики машин постоянного тока, а лишь основные, но для ознакомления с этими агрегатами этого вполне достаточно.
Видео в этой статье продемонстрирует, как работают данные устройства.
Электрические машины постоянного тока: виды и принцип их работы
Машины постоянного тока представляют собой возвратную электрическую машину, в которых происходит процесс преобразования энергии. В машинах, где механическая энергия преобразуется в электрическую, называются генераторами. Они предназначены для выработки электроэнергии. Для работы необходимо наличие какого-либо двигателя (дизеля, паровой или водяной турбины), который будет вращать вал генератора.
Обратное преобразование энергий происходит в электродвигателях. Они приводят в движение колесные пары локомотивов, вращают валы вентиляторов и т.д. Для работы необходимо подсоединение электродвигателя с источником электроэнергии посредством проводов.
Принцип работы электрических машин постоянного тока основан на использовании явления электромагнитной индукции, а также законов, которые определяют взаимодействие электрических токов и магнитных полей.
Эти машины включают в себя неподвижную и вращающуюся части. В конструкцию неподвижной части, или статора входят станина, главные и дополнительные полюса, подшипниковые щиты и щеточная траверса с графитовыми или медно-графитовыми щетками.
Вращающаяся часть, или ротор, в электрических машинах постоянного тока именуются якорем. Якорь, снабженный коллектором, в электродвигателях играет роль преобразователя частоты, а в генераторах – выпрямителя.
При вращении машины происходит перемещение якоря и статора относительно друг друга. Статор создает магнитное поле, а в обмотке якоря индуцируется э. д. с. Возникает ток, который при воздействии с магнитным полем создает электромагнитные силы, отвечающие за процесс преобразования энергии.
Электрические машины постоянного тока в зависимости от наличия или отсутствия коммутации бывают обычными и униполярными, а по расположению вала — вертикальными и горизонтальными.
По типу переключателей тока их можно подразделить на машины с щеточно-коллекторным и электронным переключателем. Последние называются еще вентильными электродвигателями.
По мощности они делятся на микромашины мощностью до 0,5 кВт, а также, машины малой, средней и большой мощности — 0,5-10 кВт, 10-200 кВт и более 200 кВт соответственно.
По частоте вращения различают тихоходные (до 300 об/мин), средней быстроходности (300-500 об/мин), быстроходные (1500-6000 об/мин) и сверхбыстроходные (более 6000 об/мин) электрические машины постоянного тока.
Применение электрического тока в основном заключается в превращении его в иные виды энергии, в частности, механическую. Также и механическая энергия может быть превращена в электрическую.
Якорь представляет собой сердечник с пазами, содержащими уложенный в определенном порядке провод — обмотку. Сердечник закреплен на валу, вращающемся в подшипниках. Здесь же закреплен коллектор.
Область применения генераторов с независимым возбуждением:
Машины постоянного тока представляют собой возвратную электрическую машину, в которых происходит процесс преобразования энергии. В машинах, где механическая энергия преобразуется в электрическую, называются генераторами. Они предназначены для выработки электроэнергии. Для работы необходимо наличие какого-либо двигателя (дизеля, паровой или водяной турбины), который будет вращать вал генератора.