Jeżeli zwój znajdujący się w polu magnetycznym o indukcji B obracamy z prędkością v, to w jego bokach o długości l indukuje się sem o wartości:

Transkrypt

1 Temat: Podział maszyn prądu stałego i ich zastosowanie. 1. Maszyny prądu stałego mogą mieć zastosowanie jako prądnice i jako silniki. Silniki prądu stałego wykazują dobre właściwości regulacyjne. Umożliwiają one płynną zmianę prędkości w szerokich granicach oraz mogą ruszać pod dużym obciążeniem. Z tych względów są dość powszechnie stosowane w napędach : maszyn wyciągowych; maszyn walcowniczych; trakcji elektrycznej; układów automatyki. Prądnice prądu stałego są obecnie coraz rzadziej stosowane, gdyż wypierają je przetwornice tyrystorowe o znacznie większej sprawności i łatwiejsze w eksploatacji. Obecnie produkuje się maszyny prądu stałego o mocach od kilku watów do ok. 10 MW. Typowe napięcia to: 120, 230, 440, 500, 1000 V, a nierzadko wyższe, sięgające kilku kilowoltów. 2. Zasada działania maszyny prądu stałego. a) prądnica Rozpatrywać będziemy model elementarny składający się z jednego zwoju obracającego się między dwoma biegunami magnesu. Początek i koniec zwoju są połączone z dwoma pierścieniami ślizgowymi, po których ślizgają się szczotki odprowadzające prąd do zamkniętego obwodu zewnętrznego (rys.8.1). Jeżeli zwój znajdujący się w polu magnetycznym o indukcji B obracamy z prędkością v, to w jego bokach o długości l indukuje się sem o wartości: i kierunku zgodnym z regułą prawej dłoni. Jeżeli obwód tego zwoju będzie zamknięty (przez szczotki i pierścienie ślizgowe), to popłynie w nim prąd o kierunku zgodnym ze zwrotem indukowanej siły elektromotorycznej. Na rys. 8.2 zaznaczono kierunki prądu w bokach 1 i 2 zezwoju przy różnych położeniach tych boków (kropka oznacza kierunek do nas, krzyżyk od nas). str. 1

2 Jeżeli w analizowanej prądnicy dwa pierścienie zastąpimy dwoma półpierścieniami (rys. 8.3), po których ślizgają się szczotki, to analizując rys. 8.4 zauważamy, że szczotka S 1 zawsze zbiera napięcie z boku znajdującego się pod biegunem N, a szczotka S 2 zawsze z boku znajdującego się pod biegunem S. Tak więc na szczotkach S 1 i S 2 będzie zawsze napięcie jednokierunkowe. Półpierścienie tworzą komutator, a jeden półpierścień stanowi wycinek komutatora. Nazwa komutator pochodzi stąd, że komutuje on, czyli zmienia, kierunek prądu. Komutator (mechaniczny prostownik prądu). str. 2

3 Aby otrzymać napięcie o dostatecznej równomierności, w polu biegunów umieszcza się nie jeden zwój, ale wiele zwojów, z których każdy łączy się z odpowiednim wycinkiem komutatora. Na rys. 8.5 pokazano rozmieszczenie dwóch zwojów między biegunami i połączenie ich z czterema wycinkami komutatora, a także przebieg sem w każdym zezwoju oraz linią pogrubioną przebieg sem na szczotkach. Zwiększenie liczby wycinków komutatora wpływa na to, że przebieg napięcia odbieranego z prądnicy jest bardziej równomierny. Prądnica prądu stałego w istocie działania jest prądnicą prądu przemiennego, taką samą, jak prądnica synchroniczna, tylko wyposażoną w komutator. W stosunku do prądnicy synchronicznej zmienione zostały role wirnika i stojana: w maszynie prądu stałego wirnik jest twornikiem (w nim wytwarza się napięcie), a stojan jest magneśnicą, w prądnicy synchronicznej najczęściej jest odwrotnie. b) silnik Jeżeli do uzwojenia twornika (wirnika) maszyny prądu stałego doprowadzimy napięcie, to popłynie w nim prąd i twornik zacznie się obracać w wyniku oddziaływania pola magnetycznego na przewodniki (uzwojenie) z prądem. Maszyna będzie wówczas przetwarzała energię elektryczną w mechaniczną, będzie silnikiem. 3. Budowa maszyn prądu stałego. Każda maszyna prądu stałego składa się z dwóch podstawowych części: nieruchomego stojana; wirującego wirnika. Stojan najczęściej jest magneśnicą, gdyż w nim jest wytwarzane pole magnetyczne. W skład nieruchomego stojana wchodzą następujące elementy: jarzmo; bieguny główne z uzwojeniem wzbudzającym; bieguny pomocnicze (komutacyjne) z uzwojeniem; tarcze łożyskowe; trzymadła szczotkowe (rys. 8.6) str. 3

4 Jarzmo stojana będące najczęściej odlewem żeliwnym lub staliwnym, spełnia dwie role: jednocześnie jest częścią obwodu magnetycznego i elementem konstrukcyjnym spełniającym rolę kadłuba, do którego są przymocowane pozostałe elementy wchodzące w skład stojana. W maszynach prądu stałego, z wyjątkiem małych maszyn,, pole magnetyczne jest wytwarzane przez elektromagnes, którego uzwojenie jest umieszczone na biegunach głównych. Pole magnetyczne w rdzeniu bieguna jest praktycznie stałe, ale w nabiegunniku występuje pewna pulsacja strumienia spowodowana przez otwarte żłobki wirnika. Aby zmniejszyć straty wiroprądowe nabiegunniki i rdzenie biegunów wykonuje się z pakietu blach. Bieguny pomocnicze są elektromagnesami, których uzwojenie jest umieszczone na litym, rzadziej pakietowym, rdzeniu stalowym. Uzwojenie tych biegunów jest zawsze połączone szeregowo z uzwojeniem twornika. Wirnik jest najczęściej twornikiem. W jego skład wchodzą: rdzeń wykonany ze względu na prądy wirowe z pakietu blach (rys. 8.7); uzwojenie twornika umieszczone w żłobkach rdzenia; komutator (rys. 8.8.). str. 4

5 Komutator jest osadzony na wale wirnika, składa się z wielu wycinków miedzianych umieszczonych na specjalnej piaście (rys. 8.8). Wycinki komutatora są izolowane od siebie mikanitem. Muszą być one także odizolowane od piasty. Komutatory powinny być wykonane bardzo starannie. Są one najbardziej pracochłonnym i najdroższym elementem w maszynie prądu stałego. Widok ogólny maszyny prądu stałego przedstawia rys str. 5