Двигун постійного струму

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Схема найпростішого колекторного електродвигуна постійного струму з двополюсним статором і з двополюсним ротором

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

Конструкція електродвигуна постійного струму така сама, як і генератора постійного струму. В електродвигуні явище електромагнітної індукції при взаємодії струму обмотки ротора (якоря) з основним магнітним полем зумовлює появу електромагнітного обертального моменту. Розрізняють ДПС з незалежним збудженням і з залежним. Потужність електродвигуна постійного струму — від часток вата до тисяч кіловат, ККД — від 0,02—0,03 до 0,93. Електродвигуни постійного струму дають змогу плавно і в широких межах регулювати частоту обертання, вдаючись до зміни струму в колі ротора за допомогою додаткового електричного опору, до зміни живильної напруги, а також до зміни магнітного потоку реостатом.

Історія[ред. | ред. код]

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

Колекторні ДПС були одним з перших комерційно важливих застосувань електроенергії для підняття грузів, а системи розподілу постійного струму використовувались понад 100 років для живленя таких моторів в комерційних та індустріальних будівлях.

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]

Схеми паралельного (a), послідовного (b) та змішаного (c) збудження

ДПС класифікують по виду магнітної системи статора:

  • з постійними магнітами;
  • з електромагнітами:
    • з незалежним включенням обмоток (незалежне збудження);
    • з залежним включенням обмоток:
      • 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 електромеханічну та механічну характеристики електродвигуна.

Застосування[ред. | ред. код]

ДПС застосовують у промислових і транспортних електроприводах, пристроях автоматики, підйомних кранах, на прокатних станах тощо.

  • 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).

Див. також[ред. | ред. код]

Джерела[ред. | ред. код]

Посилання[ред. | ред. код]