Уравнение вращающего момента

Очевидно, что машина постоянного тока может работать как в качестве двигателя, так и генератора и принцип действия остается одинаковым, однако наименование механического момента различно.

Для генератора, который поставляет электрическую энергию, ЭДС возникают в проводниках обмоток. Согласнозакону Амперасоздаются механические силы и момент сопротивления противоположный вращающему моменту машины приводящей генератор во вращение.

Согласно принципу сохранения энергии электрическая мощность генератора равна механической мощности приводного механизма P_эл=EI_я=P_мех=WM,

без учета потерь мощности.

То есть и тогда зная, что

,

получим окончательную формулу вращающего момента

Реакция якоря

Линии магнитного поля создаваемые статором выходят из северного полюса N, пересекают два воздушных зазора и входят в южный полюс S (Рис. 6.5.).

Ориентация линий магнитного поля, создаваемых якорем, перпендикулярна линиям магнитного поля, создаваемого статором (Рис.6.6). В результате ток якоря деформирует магнитное поле создаваемое статором без нагрузки, независимо работает ли МПТ в режиме генератора или двигателя (Рис.6.7).

Рис.6.5. Рис.6.6.

Рис.6.7.

Физическая нейтраль Ф.Н. поворачивается относительно геометрической нейтрали Г.Н. в направлении вращения для режима генератора и в противоположном направлении для режима двигателя. Поэтому ЭДС секции, находящейся под геометрической нейтралью, не равна нулю. То есть ЭДС ecна щётках существенно влияет на процесс коммутации в МПТ.

Процесс коммутации

Коммутация в электротехнике означает изменение направления тока в электрической цепи. Система "коллектор-щётки", которая позволяет получить постоянное напряжение из переменного, на самом деле, является коммутатором(переключателем).

Рассмотрим процесс коммутации с помощью эквивалентной схемы для двух соседних пластин коллектора и щётки. Имеет смысл рассмотреть две позиции щётки и пластин I и II, которые соответствуют замкнутому и разомкнутому положениям коммутатора.

Первая позиция I(Рис.6.8.а, б):

Можно представить одну секцию обмотки как параллельное соединениеLc, Rcи Cc. Причем емкость в свою очередь включена параллельно коммутатору. Когда пластины коллектора 2 и 3 замкнуты щёткой, токicпротекает по обмотке секции.

a) б)

Рис.6.8.

Вторая позиция II (Рис.6.9.а,б):

Когда эта цепь размыкается, ток icпрерывается, однако не мгновенно, так как возникает ЭДС самоиндукции e. Токicзаряжает емкость Cc, напряжение между щёткой и пластиной 2растет и провоцирует электрическую дугу между этими элементами.

Когда коллектор вращается с частотой n, электрическая дуга существует всегда между двумя соседними элементами, распространяется от одной пластины коллектора к другой, создает короткое замыкание между пластинами и разрушает систему "щётки-коллектор". Для того, чтобы исключить эти негативные явления, необходимо нейтрализовать электродвижущие силы ecи e.

a) б)

Рис.6.9.

Возможны два решения:

1) смещение щёток на физическую нейтральв направлении вращения для генератора и в противоположном для двигателя. Однако ЭДС ecзависит от нагрузки и возрастает по мере деформации магнитного поля. Практически невозможно изменять положение щёток в процессе работы, и поэтому этот метод применим для машин малой мощности и с постоянной нагрузкой.

2) для нейтрализации электродвижущих сил ecи eнеобходимо противопоставить им ЭДС, которая изменяет свою величину в процессе работы. С этой целью создаются дополнительные полюса, расположенные на геометрической нейтрали и включенные последовательно со щётками (Рис.6.10).

Этот метод позволяет нейтрализовать обе ЭДС в процессе работы.

Рис.6.10.

Генератор постоянного тока