1. Budowa maszyny prądu stałego, rodzaje uzwojeń i ich rola w maszynie;
Maszyna prądu stałego zbudowana jest z następujących głównych elementów
·ð ð ðstojana, w skÅ‚ad którego wchodzi: jarzmo z nabiegunnikami, bieguny główne z uzwojeniem wzbudzenia,
bieguny komutacyjne z uzwojeniem komutacyjnym, uzwojenie kompensacyjne (dla dużych maszyn),
trzymadło szczotkowe, tarcze łożyskowe;
·ð ð ðtwornika (wirnika), w którego skÅ‚ad wchodzi: rdzeÅ„ wykonany z pakietu blach ( ze wzglÄ™du na prÄ…dy
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:
·ð ð ðobcowzbudna  stosowana w napÄ™dach o dużym zakresie regulacji obrotów;
·ð ð ðbocznikowa  stosowana w napÄ™dach o maÅ‚ym zakresie regulacji obrotów;
·ð ð ðszeregowa  stosowana w napÄ™dach wymagajÄ…cych dużej wartoÅ›ci momentu rozruchowego;
·ð ð ðobcowzbudna (bocznikowa) z dozwojeniem szeregowym  stosowana w napÄ™dach wymagajÄ…cych
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.
SÄ… 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 sÄ… 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 zało\
eniu 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:
- opóz
nionÄ…,
- przyspieszonÄ…,
- liniowÄ….
Dodatkowe czynniki warunkujÄ…ce poprawnÄ… komutacjÄ™:
- 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 Ś (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
að ðwzglÄ™dem 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:
·ð ð ðzmianÄ™ rozkÅ‚adu indukcji magnetycznej pod biegunami;
·ð ð ðobrócenie rzeczywistej osi neutralnej o kÄ…t Ä…, wzglÄ™dem geometrycznej osi
neutralnej (istnienie pewnej indukcji magnetycznej w osi poprzecznej);
·ð ð ðzmniejszenie strumienia wypadkowego w maszynie nasyconej;
·ð ð ðpogorszenie komutacji (pole wypadkowe w osi szczotek jest ró\
ne jest ró\
ne
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 T1 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:
- obni\
enie napięcia twornika - najbardziej ekonomiczna regulacja obrotów  w dół , gdy\

straty cieplne w rezystancjach nie zale\
ą od zmiany napięcia, lecz od zmiany prądu
(momentu) obciÄ…\
enia; wadą tej regulacji jest konieczność stosowania z
ródła
regulowanego napięcia  stosuje się tu zasilanie przekształtnikowe  wygodne, lecz
wnoszące zakłócenia komutacji;
- dołączenie szeregowo dodatkowej rezystancji w obwodzie twornika, stosowane równie\

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 obcią\
enia powoduje
wzrost prÄ…du twornika, a tym samym strat mocy czynnej.
Poni\
ej zostaną przedstawione teoretyczne przebiegi charakterystyk zewnętrznych silników
prądu stałego dla ka\
dego z przedstawionych sposobów regulacji obrotów. Charakterystyki
są wyznaczone na podstawie równań modelu danego typu silnika, przy zało\
eniu liniowości
obwodu magnetycznego i przy pominięciu wpływu oddziaływania twornika. W ka\
dym
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.