Электрический двигатель постоянного тока

Электрический двигатель постоянного токаВ электрических двигателях для преобразования электрической энер­гии в механическую используется действие силы Ампера.

Основными частями электродви­гателя постоянного тока являются индуктор, с помощью ко­торого создается постоянное магнит­ное поле, якорь, через обмотки которого пропускается ток, и кол­лектор с электрическими щетками, с помощью которых осуществляется соединение обмоток якоря с истоником тока.

В простейшей машине постоянно­го тока индуктор—это постоянный магнит или электромагнит со сталь­ным сердечником. Обмотки электро­магнита индуктора называются об­мотками возбуждения. Магнит индуктора имеет полюсные наконечни­ки такой формы, что между ними об­разуется отверстие цилиндрической формы. Между полюсными наконеч­никами индуктора помещается якорь. Якорь состоит из сердечника — стального цилиндра с пазами, параллельными оси цилиндра, и об­моток, вложенных в пазы сердеч­ника. Выводы каждой обмотки соеди­нены с медными контактами кол­лектора.

Якорь насажен на ось, концы ко­торой установлены в подшипниках, и может свободно вращаться вокруг этой оси.

К коллектору с двух противопо­ложных сторон прижимаются щетки из графита или меди; щетки под­ключаются к источнику постоянного напряжения. При подключении напряжения в обмотке якоря протекает постоянный электрический ток и на провода обмотки со стороны маг­нитного поля действует сила Ам­пера.

В проводах обмотки, расположен­ных на противоположных сторонах якоря, направления сил Ампера про­тивоположны друг другу, и под дейст­вием этих сил якорь приходит во вра­щение. При вращении якоря с помо­щью коллектора происходит отклю­чение от щеток одной обмотки и под­ключение другой обмотки таким об­разом, что в каждый момент вре­мени ток пропускается через ту об­мотку якоря, в плоскости которой лежит вектор индукции магнитного поля индуктора. Сила Ампера, дей­ствующая на провода обмотки, в этом случае максимальна.

Основной рабочей характеристи­кой электродвигателя постоянного тока является вращающий момент, создаваемый на валу двигателя си­лой Ампера, действующей на провод­ник с током в обмотке якоря. Момент пары сил, действующий на рамку с током, равен: M = 2FrN, где r – радиус ротора, N — число витков в обмотке. Или M = 2IBlrN, где I — сила тока в обмотке, В — индукция магнитного поля, l — дли­на проводника.

Так как 2lr = S есть площадь рам­ки, а ВS = Ф— максимальный маг­нитный поток через рамку, то вра­щающий момент на валу двигателя равен

М = N I Ф.

Мы получили, что вращающий момент двигателя постоянного тока прямо пропорционален максимально­му магнитному потоку Ф через ви­ток обмотки, силе тока I в обмот­ке якоря и числу витков N в об­мотке.

Скорость вращения якоря элект­родвигателя можно регулировать, из­меняя силу тока в его обмотках; направление вращения можно изме­нять, изменяя направление тока в обмотке якоря или индуктора.

Электродвигатель постоянного тока может приводить в движение колеса электровоза, троллейбуса, трамвая, приводить в действие элект­робритву, магнитофон и другие быто­вые электроприборы.

С помощью электродвигателя постоянного тока — стартера — про­изводится запуск двигателя автомо­биля. В качестве примера приведем некоторые технические характерис­тики стартера автомобиля «Жигули». Рабочее напряжение стартера 12 В, сила тока в обмотке якоря при мак­симальной мощности 260 А, частота вращения якоря 30 об/с.

Обмотки якоря и индуктора мож­но соединять последовательно или параллельно друг другу. Двигатель с последовательным возбуждением обладает большим пусковым момен­том, что важно для транспорта – электровозов, троллейбусов и т. п. Однако скорость вращения его яко­ря непостоянна и не регулируется, она зависит от нагрузки. Двигатель с параллельным возбуждением обладает тем достоинством, что скорость вращения якоря в широких преде­лах не зависит от нагрузки. Ее мож­но регулировать, меняя с помощью реостата силу тока в обмотке индук­тора, не меняя при этом силу тока в якоре. Двигатели с параллельным возбуждением применяются для электрического привода в станках, прокатных станах и т. п.