4.1. Budowa maszyny DC:
Maszyny prądu stałego składają się z części nieruchomej - stojana i ruchomej - wirnika. Wirnik jest osadzony w łożyskach, tak aby mógł wirować swobodnie wewnątrz stojana. Na wewnętrznej powierzchni stojana znajdują się wyraźnie ukształtowane bieguny magnesów lub elektromagnesów. Na biegunach głównych są umieszczone uzwojenia wzbudzenia. Prąd przepływający przez te uzwojenia nazywany jest prądem wzbudzenia. W maszynach prądu stałego może być jedna para biegunów (p=1) lub więcej par biegunów. Wszystkie bieguny muszą być symetrycznie rozłożone w stojanie. Rozszerzone zakończenia biegunów nazywane są nabiegunnikami. Poprawiają one rozkład indukcji B w szczelinie powietrznej. Blachy tworzące rdzeń wirnika są osadzone na wale przechodzącym przez środek wirnika. Wymiary wału zależą od powstających w maszynie sił mechanicznych, w tym również od długości wirnika. Rowki wycięte w poszczególnych blachach tworzą wzdłuż osi wirnika tzw. Żłobki w których umieszcza się uzwojenie wirnika. Na jednym z końców wału umieszcza się komutator, który łączy się z uzwojeniem znajdującym się w żłobkach wirnika. Szczotki ślizgające się po komutatorze umożliwiają połączenie uzwojenia wirnika z nieruchomymi obwodami maszyny.
4.2. Uzwojenia maszyny DC:
- Twornika A1-A2
-Pomocnicze (Komutacyjne) B1-B2
-Wzbudzenia: szeregowe D1-D2
Bocznikowe E1-E2
Obcowzbudne F1-F2
Wyróżniamy 2 rodzaje uzwojeń w maszynach DC pętlicowe i faliste. Tyle ile jest par biegónów to tyle jest szczotek.
4.3. Siła elektromotoryczna indukowana:
N - liczba prętów uzwojenia,
N/2 - liczba zwojów,
a -liczba par gałęzi równoległych,
Zg - liczba zwojów w gałęzi.
- podziałka biegunowa - określa część obwodu wirnika przypadającego na 1 biegun,
=pi D/2p D - średnica wirnika
i = bi/ -współczynnik zapełnienia podziałki biegunowej
bi - długość idealnego bieguna
ewi=2BlV
E= ewi = Zg 2 Bm l V
Gdzie:
Zg= N/4a
V = s/t = pi D/ 1/f = pi D f = pi D n/60
= pi D / 2p => piD = 2p
V = 2p n/60
Podstawiamy pod E:
E= N/4a 2 Bm l 2 p n/60
E= N/a pn/60 Bm l
E= kE n - na prędkość obrotową
kE = N/a P/60
= Bm l
Prędkość kątowa:
E= N/a pn/60 2pi/2pi Bm l
E= k
k = N/a p/2pi
= n/60 2pi
4.4. Moment elektromagnetyczny:
T= F r r=D/2
Fi= B Ig l= Brz I/2a l Ig= I/2a
F= Fi= N Bm I/2a l
Pod T:
T= Fr= N Bm I/2a l D/2 =piD/2p=>D=2p /pi
T= N 2p/4api Bm l I gdzie:
k= N p/2api
= Bm l
T=k I
4.5. Zjawisko oddziaływania twornika:
W wyniku zjawiska oddziaływania twornika:
1 - zmniejsza się strumień główny w maszynie - związane jest to z nasycenia się jednej krawędzi bieguna głównego,
2 - odkształca się rozkład pola w szczelinie od przebiegu jaki był na biegu jałowym - powoduje to że powstają duże różnice w napięciach indukowanych sąsiadujących ze sobą prętach w kolejnych żłobkach. Pręty te należą do sąsiednich cewek przylutowanych do sąsiednich wycinków komutatora to powstaje między nimi znaczna róznica napięć. Po przekształceniu napięcia dopuszczalnego następuje przebicie izolatora między wycinkowej, prowadzi to do iskrzenia na komutatorze.
3- przesunięcie strefy magnetycznie obojętnej ze strefy na biegu jałowym gdzie prąd jest równy 0.
4.10.Rozruch silnika DC:
U= RI + E
I = U-E/R E= k
I= U-k /R
4.11.Charakterystyka regulacyjna:
Mówi nam jak regulować napięcie twornika by uzyskać zadaną prędkość obrotową:
4.6. Zjawisko komutacji:
Komutacja jest to proces związany ze zmianą kierunku prądu w zwojach zwartych przez szczotki. Podczas komutacji występuje takie zjawisko jak :
-zjawisko mechaniczne (drganie szczotek, ruch szczotki wzg. komutatora)
-zjawisko elektromagnetyczne (indukowanie SEM w zwoju komutacyjnym)
-zjawiska elektrochemiczne i termiczne
Zła komutacja powoduje iskrzenie pod szczotkami - może być przyczyną niszczenia szczotki komutatora. Komutacje uważa się za dobrą gdy szczotki nie iskrzą się.
Tk= szerokość szczotki/prędkośc komutatora
Dąży się do tego aby komutacja była prostoliniowa. Należy wtedy zwiększyć „sztucznie” rezystancję, lecz nie można zwiększyć zbyt wiele gdyż spadek napięcia na szczotkach rośnie - większe straty. Dlatego dodatkowo stosuje się bieguny komutacyjne. Ich zadaniem jest wytworzenie pola w strefie poprzecznej o takiej wartości by powstała SEM rotacji w zwojach zwartych skompensowana siłą samoindukcji.
e wyp w zwoju zwartym = UL + E
E = B l v
4.7.Charakterystyki mechaniczne silników DC:
4.8.Charakterystyki zewnętrzne i regulacyjne prądnic DC:
Charakterystyki zewnętrzne U=f(I) przy n=const i IW=const
Charakterystyki regulacyjne - określają jak regulować prąd wzbudzenia przy stałych obrotach n=constans aby było stałe napięcie na zaciskach
4.9.Metody regulacji prędkości obrotowej w sil DC:
a)zmianę napięcia U
Z: -regulacja prędkości obrotowej od do 0,
-charakterystyki nie zmieniają nachylenia,
-brak dodatkowych strat mocy na elementach regulacyjnych,
W: -tylko w dół reguluje,
-dzieje się w obwodzie, gdzie płynie duży prad,
-drogie rozwiązanie.
b)zmianę rezystancji Rd
Z:-można regulować.
W:-mała sprawnośc układu regulacji, wynikająca z dużych strat mocy na Rd,
-zmiana nachylenia charakterystyki mechanicznej i zatem inna odpowiedz układu na tę zmianą T
c)zmianę strumienia ၆
Z:-możemy regulować w górę powyżej ,
W:-silnika nie możemy obciążyc mocą i momentem znamionowym.