Двигатели постоянного тока

Прежде всего давайте определимся какую функцию выполняют двигатели. Они превращают электрическую энергию в механическую.

Первый электрический двигатель был создан в 1834 году русским учёным Борисом Семёновичем Якоби.

В деятельности человека находят свое применение электродвигатели самых разных конструкций. В производстве их используют для того, чтобы привести в движение станки и механизмы, трамваи, троллейбусы, электровозы и многое другое. Электродвигатели используются даже в игрушках.

Почему же все-таки именно электродвигатели, а не паровые двигатели или, например двигатели внутреннего сгорания? Основным преимуществом двигателя, работающего на электричестве, можно назвать то, что при его работе не выделяются вредные газы, дым или пар. Для их работы не нужны запасы топлива или воды. Электродвигатели легко установить в любом удобном месте: и на стене, и под полом трамвая или троллейбуса и даже в колесах лунохода.

На производстве и в быту чаще всего используют коллекторный электродвигатель. Перед вами модель простейшего коллекторного электродвигателя. Он состоит из неподвижной части – статора и вращающейся части – ротора. В качестве статора выступает постоянный магнит. Ротор состоит из якоря и коллектора. Простейшим якорем может быть электромагнит, который представляет собой сердечник и обмотку. На валу якоря укреплён коллектор, который представляет собой два полукольца. Они изолированы не только друг от друга, но и от вала двигателя. Каждый вывод обмотки якоря припаивают к отдельному полукольцу. Электрический ток от батареек поступает в обмотку якоря через щётки – специальные скользящие контакты. Щётки чаще всего представляют собой две упругие металлические пластины, которые соединены проводами с источником тока и прижаты к полукольцам коллектора.

Поскольку якорь – это электромагнит, то у него должны быть южный и северный полюса.

Давайте узнаем, как они образуются.

Щётки соединяются с источником тока так, как показано на рисунке. Благодаря такому соединению электрический ток, который проходит по обмотке якоря делает одну сторону якоря северным полюсом, а вторую – южным.

По схеме видно, что северный полюс якоря располагается рядом с северным полюсом статора, а южный полюс якоря – рядом с южным полюсом статора.

Одноименные магнитные полюса отталкиваются, и якорь начинает вращаться. Вместе с якорем поворачивается и коллектор.

Северный полюс якоря при вращении притягивается к южному полюсу статора. Но еще до того как они сблизятся полукольца коллектора притягиваются друг к другу и полярность якоря опять изменяется. То есть меняется направление тока в обмотке якоря. Другими словами, коллектор в электродвигателе – это специальный переключатель, который меняет направление в обмотке якоря автоматически.

Как только полярность якоря меняется, полюса вновь отталкиваются друг от друга и вращение продолжается.

В основном в качестве постоянного магнита для создания магнитного тока используют электромагниты.

Существует два способа подключения обмотки возбуждения к источнику тока: параллельно по отношению к обмотке якоря и последовательно ей.

От того каким именно способом присоединена обмотка возбуждения зависят свойства электродвигателя.

Если подключение параллельное, то с увеличением механической нагрузки на вал число оборотов двигателя практически не меняется. Двигатели с таким видом соединения обмотки возбуждения к якорю чаще всего используются для привода станков.

При последовательном соединении с увеличением механической нагрузки на вал, число оборотов резко уменьшается. Двигатели такого рода находят свое применение на электрическом транспорте.

По сравнению с полем постоянных магнитов, электромагнитное возбуждение двигателя позволяет не только усилить магнитное поле, но и управлять его интенсивностью.

Для того, чтобы управлять интенсивностью магнитного поля нужно реостатом менять величину тока в цепи обмотки возбуждения. Этим изменяется число оборотов двигателя.

Еще один способ менять число оборотов двигателя – смена напряжения на его зажимах. Но этот способ – более дорогой. Поскольку, если через реостат проходит весь ток двигателя, то появляются дополнительные потери электроэнергии.

Понятно, что мы рассмотрели очень упрощенную модель электродвигателя. Настоящий имеет более сложное строение.

В основном вместо постоянного магнита для создания магнитного поля статора используется мощный электромагнит. Обмотка возбуждения такого двигателя одновременно выполняет роль обмотки одного из полюсов. Соединять обмотки полюсов надо так, чтобы полюсные наконечники сердечников имели разную полярность, которая будет обращена к якорю.

Посмотрите, как выглядит вращающийся ротор двигателя. Он состоит из якоря и коллектора.

Чтобы коэффициент полезного действия двигателя возрастал, нужно на сердечнике якоря разместить несколько обмоток. Это приводит к тому, что в коллектор входит не два полукольца, а много медных пластин. Они изолированы не только друг от друга, но и от вала двигателя.

Графитовые щётки накладывают на коллектор. К гладкой поверхности коллектора щётки прижимают с помощью пружин. Движение якоря по валу напрямую передается рабочим органам потребителя. Вращается вал в подшипниках, которые запрессованы в переднюю и заднюю крышки статора. Охлаждается двигатель вентилятором, крыльчатка которого располагается на валу.

Подведем итоги урока.

Сегодня мы с вами говорили о двигателе постоянного тока. Выяснили устройство и принцип действия коллекторного электродвигателя. Узнали, что у него две основные части: неподвижная часть - статор, который представляет собой магнит, создающий постоянное магнитное поле. И вращающаяся часть – ротор. Составные части ротора – якорь и коллектор. Электрический ток от источника подается на обмотку якоря через щётки.

Рассмотрели два случая подключения обмотки возбуждения к источнику тока в роторе, состоящем из электромагнита.

И познакомились с устройством настоящего рабочего электродвигателя.