Главные отличительные характеристики электродвигателей постоянного тока – их высокие пусковые моменты, и при этом быстрая, но одновременно плавная линейная регулировка скорости вращения на валу ротора.
Благодаря этим своим особенностям и вопреки отдельным своим недостаткам, двигатели постоянного тока (ДПТ) прочно заняли свою определенную нишу. Они эффективно применяются во всех видах городского, складского и железнодорожного электротранспорта, в металлургии и станкостроении, в автомобилестроении, в бытовой технике и электрических инструментах, в детских игрушках.
Везде, где нужно создавать большие, с плавным изменением, нагрузки.
Устройство и принцип действия двигателей постоянного тока
Все ДПТ состоят из классических, или обычных, для всех электрических машин статора и ротора, и необычных – коллектора и электрических щеток.
Статор – стационарная в ДПТ часть, где в корпусе расположен электромагнит – обмотки на стальном намагниченном сердечнике, и в нем же обмотки возбуждения (ОВ), позволяющие или заставляющие вращающийся ротор мощно стартовать.
Ротор – вращающаяся часть ДПТ, где на валу также расположены наборные пластины и обмотки электрического магнита.
Коллектор – новый герой, особенность ДПТ – это набор пластинчатых контактов на вращающемся валу, предназначенный для съема электрического тока во вращающийся на валу ротора электромагнит.
Графитовые щетки – вторая конструктивная особенность ДПТ.
Они располагаются в статоре, и от питающих ДПТ проводов передают постоянный ток на вращающиеся контакты коллектора, которые питают, таким образом, электромагнит ротора.
Щетки как бы плавают в нишах статора, и к вращающемуся коллектору для плотности контакта поджимаются своими небольшими пружинами.
Коллектор и щетки как раз и являются главным конструктивным недостатком ДПТ, но обязательным и необходимым.
Щетки из графита быстро истираются, и их приходится часто менять. Вдобавок, они на определенных режимах искрят. А графитовые они – для щадящего контакта с коллектором. Но контакты коллектора хоть значительно медленнее, но тоже стираются.
Существуют ДПТ без коллекторов, в них ротор набирается из постоянных магнитов, где контакты не нужны.
Но это редкая конструкция, трудная в изготовлении и дорогая.
Виды ДПТ по способу подключения обмоток возбуждения
Эти конструктивные особенности ДПТ как раз определяют их более точные области применения.
Независимое подключение ОВ осуществляется от независимого источника постоянного тока. Такие ДПТ редко применяются. Их нельзя включать без нагрузки на валу.
Последовательное соединение ОВ. Эти схемы подключения используют для увеличения крутящего момента на валу на момент запуска за счет высоких пусковых токов. Это выгодно используется в автомобильных стартерах, которые интенсивно работают в короткое время. Используются в тяжелом электротранспорте с высокими пусковыми моментами.
Параллельное соединение ОВ. Благодаря такому соединению добиваются наименьшего искрения на коллекторе. Их используют в приводах вентиляторов и станков, с широким, но жестким регулированием скорости вращения.
Смешанное соединение ОВ.
Здесь ОВ состоит из двух частей, с параллельным и последовательным соединением.
Характеристики ДПТ
Статическими характеристиками ДПТ являются диапазон частоты вращения двигателя, и максимальный крутящий момент на валу.
Динамические характеристики ДПТ:
- Механическая характеристика ДПТ показывает изменения частот вращения на роторе ДПТ в зависимости от того, как меняется его крутящий момент. Часто строят семейство таких характеристик – для разных значений питающего напряжения в обмотке ротора.
- Регулировочные характеристики показывают зависимость частоты вращения ротора от питающего напряжения на его обмотках.
Значения характеристик определяют область применения ДПТ.
Преимуществами ДПТ являются их компактность, линейные характеристики, высокая стартовая мощность и плавное регулирование набора мощности, более высокий КПД, и возможность использовать в качестве генератора.
