Принципы работы машин постоянного тока. Особенности их конструкции. Двигатели постоянного тока независимого возбуждения (ДПТНВ). Особенности конструкции, механические и регулировочные характеристики. Режимы работы ДПТ. Механические характеристики для различных режимов работы. Система уравнений и развернутая схема ДПТНВ. Формирование статических характеристик движения при помощи введения обратных связей

1.  Принципы работы машин постоянного тока. Особенности их конструкции.

Электрическая машина постоянного тока состоит из двух основных частей: статора и ротора. В машинах постоянного тока ротор включает в себя якорь (обмотку с сердечником) и коллектор для выпрямления тока.

Конструкция машины постоянного тока представлена на рисунке ниже.

Электромагнитная схема двухполюсной машины постоянного тока (а) и эквивалентная схема ее обмотки якоря (б)

Основные элементы конструкции машины постоянного тока:

1 — обмотка возбуждения 2 — главные полюсы

3 — якорь 4 — обмотка якоря

5 — щетки 6 — корпус (станина)

Принцип действия.

Машина постоянного тока имеет обмотку возбуждения, расположенную на явно выраженных полюсах статора. По этой обмотке проходит постоянный ток Iв , который создает магнитное поле возбуждения Фв . На роторе расположена двухслойная обмотка, в которой при вращении ротора индуцируется ЭДС.

В процессе вращения якоря направление ЭДС, наводимой в обмотках, определяется только тем, под каким полюсом располагается обмотка. Иными словами, направление индуцируемой ЭДС в обмотках якоря неизменно по разные стороны относительно оси симметрии (геометрической нейтрали).

Это свойство позволяет утверждать, что суммарная наводимая ЭДС под одним полюсом является неизменной во времени и по величине (почти неизменна). Эта ЭДС снимается с обмотки якоря с помощью скользящего контакта (щетки), включенного между обмоткой и внешней цепью.

Для обеспечения надежного токосъема щетки скользят не по проводникам обмотки якоря (как это было вначале развития электромашиностроения), а по коллектору, выполняемому в виде цилиндра, который набирается из медных пластин, изолированных одна от другой.

Если машина работает в генераторном режиме, то коллектор вместе со скользящими по его поверхности щетками является выпрямителем. В двигательном режиме, когда к якорю подводится питание от источника постоянного тока и он преобразует электрическую энергию в механическую, коллектор со щетками можно рассматривать как преобразователь частоты, связывающий сеть постоянного тока с обмоткой, по проводникам которой проходит переменный ток.

Таким образом, главной особенностью машины постоянного тока является наличие коллектора и скользящего контакта между обмоткой якоря и внешней электрической цепью.

2.  Двигатели постоянного тока независимого возбуждения (ДПТНВ). Особенности конструкции, механические и регулировочные характеристики.

В двигателе с независимым возбуждением, обмотка возбуждения подключается к независимому источнику питания (магнитное поле обмотки возбуждения создается сторонним источником питания).

Достоинства ДПТНВ:

1.  Отсутствие самохода (самоторможения двигателя при снятии сигнал управления)

2.  Широкий диапазон регулирования частоты вращения

3.  Линейности механических и регулировочных характеристик

4.  Устойчивость работы во всем диапазоне частот вращения

5.  Большой пусковой момент

6.  Малая мощность управления

7.  Быстродействие

8.  Малые габариты и масса

Недостатки ДПТНВ:

1.  Наличие скользящего контакта между щетками и коллектором (источник радио помех)

2.  Малый срок службы щеточного устройства

Для получения выражения для механической и регулировочной характеристики воспользуемся следующими известными выражениями:

Известно что:  Следовательно:

Связь между частотой вращения и ЭДС в обмотке якоря, а также между вращающим моментом и током якоря устанавливается через общий электромеханический коэффициент:

Подставив в уравнение для второго закона Кирхгофа  выражения для тока якоря  и ЭДС якоря  получим:

Отсюда уравнение механической и регулировочной характеристики будет иметь вид:

Вывод: механическая характеристика (U=const) имеет линейный вид с отрицательным угловым коэффициентом. Регулировочная характеристика (M=const) также имеет линейный вид, только угловой коэффициент наклонная является положительным.

3.  Режимы работы ДПТ. Механические характеристики для различных режимов работы

Выражения для построения механической характеристики ДПТНВ имеет вид:

Построить механическую характеристику можно по двум характерным точкам:

1 – точка идеального холостого хода

Частота идеального холостого хода:  (при моменте нагрузки