1. Budowa maszyny prądu stałego, rodzaje uzwojeń i ich rola w maszynie;

Maszyna prądu stałego zbudowana jest z następujących głównych elementów
stojana, w skład którego wchodzi: jarzmo z nabiegunnikami, bieguny główne z uzwojeniem wzbudzenia,
bieguny komutacyjne z uzwojeniem komutacyjnym, uzwojenie kompensacyjne (dla dużych maszyn),
trzymadło szczotkowe, tarcze łożyskowe;
twornika (wirnika), w którego skład wchodzi: rdzeń wykonany z pakietu blach ( ze względu na prądy
wirowe), rozłożone w żłobkach rdzenia uzwojenie twornika, osadzony na wale wirnika komutator z
układem szczotek, składający się z odizolowanych od siebie wycinków wykonanych z miedzi

W zależności od sposobu połączenia uzwojenia wzbudzenia i uzwojenia twornika maszyna prądu stałego
może być:
obcowzbudna – stosowana w napędach o dużym zakresie regulacji obrotów;

bocznikowa – stosowana w napędach o małym zakresie regulacji obrotów;
szeregowa – stosowana w napędach wymagających dużej wartości momentu rozruchowego;

obcowzbudna (bocznikowa) z dozwojeniem szeregowym – stosowana w napędach wymagających
zarówno dużej wartości momentu rozruchowego, jak też znacznej zmiany obrotów.

Do poprawy przebiegu komutacji i warunków pracy obciążonej maszyny stosuje się połączone szeregowo z
uzwojeniem twornika tzw. uzwojenia
pomocnicze.
Są to:
- uzwojenie biegunów komutacyjnych;
- uzwojenie kompensacyjne.



Oznaczenie graficzne uzwojeń maszyny
prądu stałego




2. Schematy silników prądu stałego, oznaczenie i sposoby połączenia uzwojeń, równania napięciowe
silników i wzór na moment elektromagnetyczny w ustalonym stanie pracy;

Schematy silnika o trzech podstawowych sposobach połączeń uzwojenia wzbudzenia z uzwojeniem
twornika są przedstawione na rys.5.22.

Układ połączeń silnika o
wzbudzeniu:
a) obcym
b) bocznikowym
c) szeregowym

W zależności od sposobu podłączenia uzwojenia szeregowego wyróżniamy silniki z dozwojeniem zgodnym
(rys.5.23a) i przeciwnym (rys.5.23b).

Układ połączeń silnika
obcowzbudnego z dozwojeniem
szeregowym:
a) zgodnym
b) przeciwnym

Równania silnika w ustalonym stanie pracy zapisuje się zwykle w charakterystyczny
sposób:
- dla silnika obcowzbudnego (bocznikowego):

- dla silnika szeregowego:
a) przy założeniu liniowego obwodu magnetycznego:

b) przy uwzględnieniu nieliniowości obwodu wzbudzenia:

- dla silnika obcowzbudnego z dozwojeniem szeregowym:




3. Komutacja, opis zjawiska, rodzaje komutacji, metody ograniczania niekorzystnych skutków
komutacji;

Komutacją nazywamy zespół zjawisk, które w maszynie komutatorowej towarzyszą zmianie kierunku
prądu w zezwoju zwartym przez szczotkę. Są to współzależne od siebie zjawiska mechaniczne,
elektromagnetyczne, elektromechaniczne i termiczne.
Rozróżniamy trzy
rodzaje
komutacji:
- opóźnioną,
- przyspieszoną,
- liniową.

Dodatkowe czynniki warunkujące poprawną komutację:
- rezystancja zwoju zwartego (komutującego) oraz rezystancja doprowadzeń winny być mniejsze niż
rezystancja szczotki – co zapewnia zastosowanie szczotek węglowych, o znacznej rezystancji przejścia (dla
szczotek węglowo–grafitowych spadek napięcia na jednej szczotce wynosi ok. 1V, natomiast szczotki
miedziano–grafitowe mają spadek napięcia w granicach 0,1 – 0,9V na jedną szczotkę i stosuje się je w
maszynach niskonapięciowych),
- siła elektromotoryczna samoindukcji winna być jak najmniejsza – realizacja przez
konstrukcję wirnika (żłobki otwarte).

4. Zjawisko oddziaływania twornika, jego wpływ na charakterystyki statyczne silnika;

Przy obciążeniu maszyny prąd twornika wzbudza pole magnetyczne o teoretycznie
liniowo zmieniającej się wartości indukcji

a

B , osiągającej wartość maksymalną w osi q , a

zero w osi d - rys.5.6b. Ponieważ bieguny mają szerokość mniejszą niż połowa obwodu
zmienia się przewodność szczeliny i wartość rzeczywistej indukcji

a

B znacznie maleje w osi

szczotek. Pole oddziaływania twornika nakłada się na pole biegunów głównych, powodując
jego zniekształcenie - B

wyp

na rys.5.6c: wzrost indukcji magnetycznej w jednej części

nabiegunnika, przy równoczesnym zmniejszeniu indukcji w pozostałej części. Ze względu na
nieliniowość krzywej magnesowania obwodu magnetycznego przyrost indukcji jest mniejszy
niż jej ubytek i dlatego oddziaływanie twornika powoduje zmniejszenie się wypadkowego
strumienia głównego Φ (odpowiada mu pole powierzchni pomiędzy krzywą indukcji i osią
odciętych) w porównaniu z wartością, którą osiąga on przy takim samym prądzie
wzbudzenia, lecz w stanie jałowym. Oś neutralna, dla której indukcja magnetyczna B

wyp

przyjmuje wartość zero wskutek oddziaływania twornika ulega przesunięciu o pewien kąt
względem osi biegunów.
Przebieg strumienia magnetycznego w maszynie obciążonej, bez uwzglednienia działania uzwojenia
biegunow komutacyjnych jest przedstawiony na rys.5.7.

Zjawisko oddziaływania twornika powoduje następujące skutki:
zmianę rozkładu indukcji magnetycznej pod biegunami;
obrócenie rzeczywistej osi neutralnej o kąt α, względem geometrycznej osi
neutralnej (istnienie pewnej indukcji magnetycznej w osi poprzecznej);
zmniejszenie strumienia wypadkowego w maszynie nasyconej;
pogorszenie komutacji (pole wypadkowe w osi szczotek jest różne jest różne

5. Przyczyny wzrostu prądu stojana przy rozruchu, opis i porównanie (zalety i wady)
sposobów rozruchu silników prądu stałego;
Rozruch silnika prądu stałego
Rozruch silnika ma zapewnić wystarczająco duży moment rozruchowy

T

1

przy ograniczeniu

prądu rozruchowego I

ak

, wynikającego z zerowej wartości siły elektromotorycznej przy

zerowych obrotach:


Ponieważ w chwili początkowej rozruchu:

całe napięcie odkłada się na

niewielkiej rezystancji twornika:

stąd prąd rozruchowy kilkanaście razy przekracza

wartość znamionową. Metody jego ograniczenia to rozruch napięciowy lub rozruch oporowy
(dodatkowa rezystancja szeregowo dołączona do uzwojenia twornika zwiększa straty
cieplne). W celu skrócenia czasu rozruchu dobiera się kolejne stopnie rozrusznika tak, aby

prąd twornika

stale był blisko wartości znamionowej.

Moment rozruchowy, zależy od wymagań napędowych i rezystancji rozrusznika i w
zależności od typu budowy nie powinien być mniejszy niż:
- 1,8T

N

- dla silnika obcowzbudnego i bocznikowego;

- 2,0T

N

- dla silnika bocznikowego z dozwojeniem szeregowym;

- 2,5T

N

- dla silnika szeregowego.

6. Sposoby regulacji obrotów, analityczna i graficzna interpretacja wpływu zmian
warunków zasilania i zmian parametrów silnika na przebieg charakterystyk
statycznych silników ze wzbudzeniem równoległym (obcowzbudnym, bocznikowym)
i szeregowym;
Metody regulacji obrotów:
- obniżenie napięcia twornika - najbardziej ekonomiczna regulacja obrotów „w dół” , gdyż
straty cieplne w rezystancjach nie zależą od zmiany napięcia, lecz od zmiany prądu
(momentu) obciążenia; wadą tej regulacji jest konieczność stosowania źródła
regulowanego napięcia – stosuje się tu zasilanie przekształtnikowe – wygodne, lecz
wnoszące zakłócenia komutacji;
- dołączenie szeregowo dodatkowej rezystancji w obwodzie twornika, stosowane również
przy rozruchu oporowym - regulacja obrotów „w dół”; regulacja jest nieekonomiczna z
racji dodatkowych strat cieplnych;
- osłabienie strumienia wzbudzenia przez zmniejszenie prądu wzbudzenia w wyniku
szeregowego włączenia do obwodu wzbudzenia dodatkowej rezystancji (dla silników o
wzbudzeniu równoległym) albo w wyniku zbocznikowania obwodu wzbudzenia
odpowiednią rezystancją (dla silników o wzbudzeniu szeregowym) – jest to regulacja
obrotów „w górę”; zmniejszenie strumienia przy stałym momencie obciążenia powoduje
wzrost prądu twornika, a tym samym strat mocy czynnej.
Poniżej zostaną przedstawione teoretyczne przebiegi charakterystyk zewnętrznych silników
prądu stałego dla każdego z przedstawionych sposobów regulacji obrotów. Charakterystyki
są wyznaczone na podstawie równań modelu danego typu silnika, przy założeniu liniowości
obwodu magnetycznego i przy pominięciu wpływu oddziaływania twornika. W każdym
analizowanym przypadku nowy, zmieniony w wyniku regulacji przebieg charakterystyki
odniesiony jest do charakterystyki wyznaczonej dla znamionowych warunków zasilania i
budowy silnika (zaznaczonej czarnym kolorem).

7. Opis i charakterystyki mechaniczne silnika bocznikowego z dozwojeniem
szeregowym - zgodnym albo przeciwnym.