Дніпродзержинський державний технічний університет

 

С.П.Сторожко

 Конспект лекцій

з дисципліни „Електричні машини”

 на тему: „Машини постійного струму”

для студентів спеціальностей 7.092201 – Електричні системи і комплекси транспортних засобів, 7.092203 – Електромеханічні системи автоматизації та електропривод, 7.000008 – Енергетичний менеджмент

Затверджено

редакційно-видавничою секцією

науково-методичної ради ДДТУ

___________,протокол №______

Дніпродзержинськ

2006

Розповсюдження і тиражування без офіційного дозволу Дніпродзержинсь-кого державного технічного університету заборонено.

           

              Конспект лекцій з дисципліни „Електричні машини” на тему: „Машини постійного струму” для студентів спеціальностей 7.092201 – Електричні системи і комплекси транспортних засобів, 7.092203 – Електромеханічні системи автоматизації та електропривод, 7.000008 – Енергетичний менеджмент/ укл.: к.т.н., доцент Сторожко С.П. – Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2006. - 74 с.

 

 

 

Укладач: С. П. Сторожко,

доцент, канд. техн. наук 

 

 

Відповідальний за випуск: О. В. Садовой 

проф., доктор техн. наук

 

 

Рецензент: С.В.Количев,

доцент, канд..техн.наук кафедри ЕО  

 

 

Затверджено на засіданні кафедри ЕО

Протокол № від .. 2006 р.

 

ЗМІСТ

стор,

1 ВСТУП.................................................................................................... 5

1.1 Основні етапи розвитку машин постійного струму..................... 5

1.2 Генераторобудування................................................................. 5

1.3 Двигуни........................................................................................ 6

2 КОНСТРУКТИВНІ ОСОБЛИВОСТІ МПС................................. 6

2.1 Основні деталі.............................................................................. 6

3 МАГНІТНЕ КОЛО................................................................................ 7

3.1 Потік полюсів.............................................................................. 7

     3.2 Закон повного струму.................................................................... 8

     3.3 Ділянки магнітного кола.................................................................. 9

     3.4 МРС зазору........................................................................................ 11

     3.5 МРС зубцевої зони............................................................................ 13

     3.6 МРС спинки якоря............................................................................ 16

      3.7 МРС полюсів і ярма......................................................................... 16

3.8 Характеристика намагнічування МПС........................................... 17

4 ОБМОТКИ ЯКОРЯ МПС..............................................................  18

      4.1 Елементи та схеми обмоток..................................................... 18

      4.2 Проста петльова обмотка (ПП0)............................................. 22

      4.3 Проста хвильова обмотка (ПХО)........................................... 24

      4.4 Складні петльової обмотки (СПО).................................. 27

      4.5 Складна хвильова обмотка (СХО)....................................... 28

     4.6 Умови симетрії обмоток........................................................ 28

      4.7 Урівнювачі................................................................................. 29

      4.8 Вибір і порівняння обмоток...................................................... 30

      4.9 ЕРС обмотки якоря............................................................. 30

4.10 Електромагнітний момент МПС................................................ 32   

5 МАГНІТНЕ ПОЛЕ МПС З НАВАНТАЖЕННЯМ.......................... 33

5.1 Магнітне поле МПС................................................................... 33

5.2 Розрахунки МРС якор………………………………………………. 34

5.3 Врахування впливу поля якоря…………………………………….. 36

6 КОМУТАЦІЯ МПС...................................................................... … 38

6.1 Основні визначення та поняття …………………………………. 38

     6.2 Рівняння струму комутуючої секції..................................... … 39

     6.3 Лінійна комутація...................................................................... … 40

    6.4 Нелінійна комутація................................................................. … 41

7 ГЕНЕРАТОРИ............................................................................... 46

7.1 Загальні положення..................................................................... 46

     7.2 Характеристики генераторів.................................................. 48

     7.3 Характеристики генератора незалежного збудження................. 49

     7.4 Характеристики генератора паралельного збудження................ 53

     7.5 Генератор послідовного збудження...................................... 57

     7.6 Генератор змішаного збудження..........................................  57

8 ДВИГУНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ (ДПС).............................. 59

8.1 Загальні положення................................................................... 59

8.2 Енергетична діаграма................................................................ 59

8.3 Рівняння моментів двигуна....................................................     60

8.4 Принцип дії і рівняння напруг двигуна................................... 61

8.5 Пуск ДПС................................................................................... 62

8.6 Реостатний пуск.......................................................................... 64

8.7 Робочі характеристики ДПС..................................................... 65

8.8 Механічні характеристики ДПС......................................... 67

8.9 Регулювання частоти обертання ДПС   ..................................     69

8.10 Способи гальмування ДПС........................................................... 72

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ.................................................................... 73

ВСТУП

Основні етапи розвитку машин постійного струму (МПС)

Розвиток електричних машин у другій половині 19-го століття є по суті історія створення МПС. Але започатковане це було щев двадцятих роках цього століття. 1820 рік - відкрито явище електро­магнетизму Ерстедом. 1822 рік - М.Фарадей виявив і сформулював принцип перетворення електроенергії в механічну (принцип електро­магнітного обертання). 1824 рік - Варлоу сконструював першу прин­ципову модель двигуна. 1833 рік - Є.Ленц започаткував правило Ленца та принцип оберненості електричних машин.

В 1831р. Фарадей сформулював основний, наріжний закон елек­тромагнітної індукції. Оберненість електромагнітного обертання та електромагнітної індукції найбільш плідно використовував Б.С. Якобі, який винайшов перший двигун постійного струму (ДПС).

Взагалі всі вище згадані закони і відкриття в електротехніці призвели до розвитку МПС по двом шляхам: генараторобудування та конструювання двигунів.

 

Генераторобудування

Відомо, що перші генератори - гальванічні елементи слугували хімічним дослідам (алхімія, тощо...), тому перші МПС почали свій розвиток як генератори постійного струму (ГПС). Вчені розглядають чотири етапи розвитку та конструювання генераторів.

Перший етап (1831 - 1851 р.р.): Розвиток магнітоелектричних машин з постійними магнітами. Перша модель (1831 р. - автор неві­домий з ініціалами Р.М.) була дуже перспективна - окремі деталі цієї МПС використовують і досі. 1832), Пиксі - обертова машина з коромислом Ампера, як випрямляч. 1833р., Риччі - машина з оберненим колектором і збудженням постійним струмом. До 1840 року ці машини удосконалювались з метою покрашення конструкції колектора. 1855р., Холмс - машина для живлення маяків і будівель.

Другий етап (1851р. - 1867р.) перехід до машин з самозбуд­женням. 1861 ¸ 1867р.р., Уайлд - синхронні машини. 1856р., 2Т-подібний якорь, 1869р. - кільцеподібний якорь Пачінотти.

Третій етап (1867р. - 1871р.) - подальший розвиток теорії та практики самозбудження (Хіорт, 1855р. та інші. Сіменс практи­чно реалізував принципи самозбудження. Максвелл - теоретичні дослі­дження магнітного поля.

Четвертий етап (1871р. - 1886р.) - 15 років, за які генера­тори досягли практичного завершення конструкції. Грамм впровадив якорь Пачінотті. 1872р. - барабанний якорь Гефнер-Альтенака; 1876р. - Яблочков - однофазний генератор. 1882р. - Вестон - двошарова обмотка якоря; 1880р. - Едісон - шихтований якорь.

Двигуни

Двигуни і генератори до 1860¸1870р.р. розвивались незалеж­но один від одного. Конструювання двигунів проходило також у кі­лька етапів.

Перший етап (1822р.-1834р.) - моделювання принципу електро­механічного перетворювача енергії зворотньо-поступового руху /Д.Генрі.- Педж/1846р, 1851р. - локомотив потужністю 16 к.с, шви­дкість до 30 км/год.

Другий етап (1834р.-1870р.) Б.С.Якобі, винахід багатополюсного обертового двигуна з прототипом колектора, потужність 500 Вт, на катері довжиною 8,5 (16 пасажирів,1838р.) Девенпорт в 1834р. незалежно від Якобі сконструював обертовий двигун постійного стру­му.

Третій етап ( 1867р.-1887р.) принцип самозбудження в двигунах постійного струму. 1862) - принцип синхронного обертання, Н.Тесла та Ферраріс (1888р.) асинхронний двигун; 1893р. - двигун з подвійною кліткою.