Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Политехнический институт институт
Электротехнологии
кафедра
Отчёт
По профилирующей практике
наименование дисциплины
Устройство,
назначение и области применения
двигателей
постоянного тока
тема
Руководитель подпись, дата инициалы, фамилия Студент номер группы, зачетной книжки подпись, дата инициалы, фамилия
Красноярск 2022
Содержание
Введение
Двигатели постоянного тока исторически были первыми устройствами, преобразующими электрическую энергию в механическую. В 1834 году Якоби Борис Семёнович построил электродвигатель, основанный на принципе притяжения и отталкивания между электромагнитами. В 1839 году он построил лодку с электродвигателем постоянного тока. Позднее такие двигатели уступили свои позиции бесколлекторным двигателям, но в регулируемом приборном приводе и в системах автоматики до настоящего времени часто не существует альтернативы их применению. Это объясняется широким диапазоном и плавностью регулирования скорости вращения, а также более простыми методами и устройствами управления.
Устройство двигателей постоянного тока
Электродвигатель – устройство для преобразования электроэнергии во вращательное движение вращающейся части электрической машины. Преобразование энергии в двигателях происходит за счет взаимодействия магнитных полей обмоток статора и ротора. Эти электрические машины широко используются во всех отраслях промышленности, в качестве привода электротранспорта и инструментов, в системах автоматизации, бытовой техники и так далее. Существует множество видов электродвигателей, различающихся по принципу действия, конструкции, исполнению и другим признакам. Рассмотрим устройство этих электрических машин.
Машина постоянного тока функционально является обращённой синхронной машиной, т.е. синхронной машиной у которой функции статора и ротора поменялись местами. Статор возбуждает постоянное магнитное поле, а ротор вращается в этом поле и осуществляет преобразование энергии. Для создания машиной постоянного вращающего момента требуется, чтобы электромагнитная сила, создающая этот момент, была постоянной, что, в свою очередь, требует сохранения направления протекания тока по отношению к полюсам магнитного поля. Во вращающемся роторе функцию изменения направления тока при перемещении проводников обмотки к противоположному полюсу выполняет щёточноколлекторный узел.
На рисунке 1 показан простейший двигатель постоянного тока. Он представляет собой проводник, изогнутый в виде рамки и подвешенный на оси OO′. Концы рамки abcd через полукольца и скользящие по ним щётки подключены к внешнему источнику постоянного тока. Взаимодействие протекающего в рамке тока Iя с магнитным полем создаёт электромагнитную силу F, действующую на рамку и вызывающую её вращение. Для сохранения направления действия этой силы ток в части рамки находящейся под северным полюсом должен протекать
Рисунок 1
в направлении O⟶O′, а в находящейся под южным полюсом части рамки – в направлении O′⟶O. Поэтому через каждые пол-оборота ротора ток в сторонах ab и cd рамки должен менять направление на противоположное. Это происходит при переходе полуколец с одной щётки на другую. Полукольца рамки являются простейшим коллектором машины постоянного тока и вместе со щётками выполняют функцию преобразования постоянного тока в переменный с частотой вращения ротора.
Ротор машины постоянного тока называется якорем. Его конструкция является развитием рамки и полуколец. Чтобы увеличить вращающий момент нужно увеличить количество «рамок» и заполнить ферромагнетиком воздушный промежуток между полюсами статора. Для этого из штампованных листов электротехнической стали собирается пакет якоря (рис. 2, а). Полукольца примитивного коллектора преобразуются в набор изолированных друг от друга медных пластин 1 залитых в пластмассовую втулку 2 (рис. 2, б). Пакет ротора и напрессовываются на вал якоря и в открытые пазы пакета укладывается обмотка (на рисунке не показана), концы секций (катушек) которой припаиваются к пластинам коллектора.
Рисунок 2
По принципу действия различают магнитоэлектрические и гистерезисные электрические машины. Несмотря на простоту конструкции, высокий пусковой момент, последние не получили широкого распространения. Эти электродвигатели имеют высокую цену, низкий коэффициент мощности, ограничивающие их применение. Подавляющее большинство выпускаемых электродвигателей – магнитоэлектрические.
По типу напряжения питания различают Электродвигатели постоянного тока, двигатели переменного тока, универсальные электрические машины.
По конструкции различают электродвигатели с горизонтально и вертикально расположенным валом. Кроме того, электрические машины классифицируют по назначению, климатическому исполнению, степени защиты от попадания влаги и посторонних предметов, мощности и другим параметрам.
Для безопасной эксплуатации электродвигатель постоянного тока каждого типа имеет несколько степеней защиты. Наиболее простой вариант — защита токоведущих и вращающихся частей от случайного прикосновения. Именно поэтому кабели, при помощи которых производится подключение устройства, должны иметь хорошую изоляцию. Сечение подводящих кабелей подбирается исходя из мощности двигателя и длины линии по специальным таблицам. Для работы в сложных условиях разработаны электродвигатели постоянного тока, технические характеристики которых включают различные степени влаго- и пылезащищенности. В некоторых случаях, например при установке устройств на предприятиях нефтеперерабатывающей промышленности, целесообразно использовать взрывозащищенные модели, которые при работе не дают искрения.