Двигун постійного струму

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Двигун постійного струму (ДПС) — електрична машина постійного струму, що перетворює електричну енергію постійного струму в механічну енергію.

Історія[ред.ред. код]

  • 1834 Якобі Борис Семенович побудував електродвигун, заснований на принципі тяжіння і відштовхування між електромагнітами.

Принцип роботи [ред.ред. код]

Принцип дії двигуна постійного струму.

Принципу роботи електродвигуна постійного струму може бути дано два описи:

  • рухома рамка (два стрижні з замкнутими кінцями) зі струмом в магнітному полі статора.

або

  • взаємодія магнітних полів статора і ротора.

Рамка зі струмом, в однорідному магнітному полі полюсів статора з індукцією , на два стрижні рамки довжиною , та зі силою струму , діє сила Ампера , постійної величини, що дорівнює:

і спрямовані в різні сторони

Ці сили прикладаються до плечей  , що дорівнюють:

, де  — радіус рамки;

і створюють крутний момент , що дорівнює:

.

Для двох стрижнів рамки, сумарний крутний момент дорівнює:

.

Практично (через те, що кутова ширина щітки (в радіанах) трохи менше кутової ширини зазору, між пластинами (ламелями) колектора, щоб джерело живлення не замикалося накоротко) чотири невеликих частини під кривою крутного моменту, дорівнюють:

, де ,

не беруть участі у створенні загального крутного моменту.

При кількості витків в обмотці , крутний момент буде дорівнювати:

.

Найбільший крутний момент буде при куті повороту рамки, що дорівнює: , тобто при куті 90 °.

При цьому куті повороту рамки зі струмом, вектора магнітних полів статора і ротора (рамки) будуть перпендикулярні один до одного, тобто під кутом 90 °. При куті повороту ротора (рамки) на 180 °, крутний момент дорівнює нулю (через нульове плече), але сили не дорівнюють нулю і це положення ротора (рамки), за відсутності перемикання струму, досить стійке і подібне одному кроку в кроковому двигуні.

Без обліку короткозамкнутих щітками частин крутного моменту середній крутний момент за один оборот (період) дорівнює площі під інтегральною кривою крутного моменту, поділеній на довжину періоду ::

.

При витків в обмотці:

.

Класифікація[ред.ред. код]

ДПС класифікують по виду магнітної системи статора:

  • з постійними магнітами;
  • з електромагнітами:
    • з незалежним включенням обмоток (незалежне збудження);
    • з послідовним включенням обмоток (послідовне збудження);
    • з паралельним включенням обмоток (паралельне збудження);
    • зі змішаним включенням обмоток (змішане збудження):
      • з переважанням послідовної обмотки;
      • з переважанням паралельної обмотки;

Вид підключення обмоток статора істотно впливає на тягові та електричні характеристики електродвигуна.

Застосування[ред.ред. код]

  • Крани різних важких виробництв.
  • Привід, з вимогами регулювання швидкості в широкому діапазоні та високим пусковим моментом.
  • Тяговий електропривод тепловозів, електровозів, теплоходів, кар'єрних самоскидів та ін.
  • Електричні стартери автомобілів, тракторів та ін. Для зменшення номінальної напруги живлення в автомобільних стартерах застосовують двигун постійного струму з чотирма щітками. Завдяки цьому еквівалентну комплексне опір ротора зменшується майже в чотири рази. Статор такого двигуна має чотири полюси (дві пари полюсів). Пусковий струм в автомобільних стартером близько 200 ампер. Режим роботи — короткочасний.

Переваги та недоліки [ред.ред. код]

Переваги:

  • простота будови та управління;
  • практично лінійні механічна і регулювальна характеристики двигуна;
  • легко регулювати частоту обертання;
  • хороші пускові властивості (великий пусковий момент), (найбільший пусковий момент у ДПС з послідовним збудженням);
  • компактніше інших двигунів (якщо використовувати сильні постійні магніти в статорі);
  • оскільки ДПС є оборотними машинами, з'являється можливість використання їх як в руховому, так і в генераторному режимах.

Недоліки:

  • дорожнеча виготовлення;
  • для живлення електродвигуна від мережі змінного струму необхідно використовувати випрямні пристрої;
  • необхідність профілактичного обслуговування колекторно-щіткових вузлів;
  • обмежений термін служби через зношення колектора.

(Останні два недоліки на сучасному етапі розвитку ДПС майже не відчутні).