Курсовая работа: Техническая эксплуатация и ремонт двигателей постоянного тока
В разных по мощности двигателях применяется различная обмотка возбуждения:
1) Простая волновая обмотка применяется для машин малой и средней мощности (до 500 кВт) при напряжении 110 В и выше.
2) Простая петлевая обмотка применяется для двухполюсных машин малой мощности (до 1 кВт) и машин свыше 500 кВт.
При вращении обмотки якоря в неподвижном магнитном поле, в ней индуктируется переменная ЭДС, изменяющаяся с частотой:
 , | (1) |
При вращении якоря между любыми двумя точками обмотки якоря действует переменная ЭДС. Однако между неподвижными контактными щетками действует постоянная по величине и направлению ЭДС E, равная сумме мгновенных значений ЭДС e1 , e2 , e3 и т.д. (рисунок 1), индуктированных во всех последовательно соединенных витках якоря, расположенных между этими щетками. [5]
Рисунок 1.1 - векторная диаграмма, индуктируемых в якорной обмотке ЭДС (e1 , e2 , e3 - мгновенные значения ЭДС, AB – сумма мгновенных значений ЭДС)
Зависимость ЭДС Е от магнитного потока машины и скорости вращения якоря имеет вид:
|
|
(2) (3) |
;
.При подключении обмотки якоря к сети с напряжением U, ЭДС Е будет приблизительно равна напряжению U, и скорость вращения ротора:
 . | (4) |
Следовательно, благодаря наличию коллектора при работе машины постоянного тока в двигательном режиме скорость вращения ротора не связана жестко с частотой сети, как в асинхронных и синхронных машинах, а может изменяться в широких пределах путем изменения напряжения U и магнитного потока Ф. Ось симметрии, разделяющая полюса машины постоянного тока, называется ее геометрической нейтралью.
При разомкнутой внешней цепи ток в обмотке якоря не будет протекать, т. к. ЭДС, индуктированные в двух частях обмотки якоря, расположенных по обе стороны геометрической нейтрали, направлены встречно и взаимно компенсируются. Для того чтобы подать от обмотки якоря во внешнюю цепь максимальное напряжение, эту цепь нужно присоединить к двум точкам обмотки якоря, между которыми действует наибольшая разность потенциалов, где и следует устанавливать щетки. При вращении якоря точки смещаются с геометрической нейтрали, но к щеткам будут подходить все новые и новые точки обмотки, между которыми действует ЭДС Е, поэтому ЭДС во внешней цепи будет неизменна по величине и направлению. Для уменьшения пульсаций ЭДС при переходе щеток с одной коллекторной пластины на другую в каждую параллельную ветвь обмотки якоря обычно включается не менее 16 активных проводников.
На якорь, по обмотке которого протекает ток I, действует электромагнитный момент:
 . | (5) |
При работе машины в двигательном режиме электромагнитный момент является вращающим, а в генераторном режиме - тормозным.[1]
1.2 Реакция якоря машины постоянного тока
При холостом ходе магнитный поток в машине создается только НС Fв обмотки возбуждения. В этом случае магнитный поток Фв при неизменном воздушном зазоре между якорем и сердечником главного полюса (что характерно для многих машин постоянного тока) распределяется симметрично относительно продольной оси машин.
При работе машины под нагрузкой по обмотке якоря проходит ток, и НС якоря создает свое магнитное поле. Воздействие поля якоря на магнитное поле машины называют реакцией якоря. Магнитный поток Фaq , созданный НС якоря Faq в двухполюсной машине при установке щеток на нейтрали направлен по поперечной оси машины, поэтому магнитное поле якоря называют поперечным. В результате действия потока Фaq симметричное распределение магнитного поля машины искажается, и результирующий поток Фрез оказывается сосредоточенным в основном у краев главных полюсов. При этом физическая нейтраль б-б (линия, соединяющая точки окружности якоря, в которых индукция равна нулю) смещается относительно геометрической нейтрали а-а на некоторый угол β (рисунок 2). В генераторах физическая нейтраль смещается по направлению вращения якоря; в двигателях - против направления вращения.
Рисунок 1.2 - Магнитное поле машины постоянного тока: а) от обмотки возбуждения; б) от обмотки якоря; в) результирующее (Фв - магнитный поток при х.х.; Фaq - магнитный поток, созданный НС якоря;Фрез - результирующий поток; а-а - геометрическая нейтраль; б-б - физическая нейтраль; β – угол смещения нейтрали б-б)
Вследствие сосредоточенного характера обмотки возбуждения, кривая распределения создаваемой ею НС 
имеет форму прямоугольника, а кривая индукции
- форму криволинейной трапеции (рисунок 3).
Рисунок 1.3 - Распределение индукции в воздушном зазоре машины постоянного тока: а) от обмотки возбуждения; б) от обмотки якоря; в) результирующее (Bв - кривая индукции от обмотки возбуждения; Fв - кривая распределения НС; Faq - НС якоря; Baq – кривая магнитной индукции в воздушном зазоре; 
- величина воздушного зазора в точке x; Bрез - кривая результирующей индукции)
На основании закона полного тока НС якоря, действующая в воздушном зазоре на расстоянии x от оси главных полюсов определится выражением:
 . | (6) |
Следовательно, НС якоря Faq изменяется линейно вдоль его окружности; под серединой главного полюса она равна нулю, а в точках, где установлены щетки, имеет максимальное значение. Магнитная индукция в воздушном зазоре при ненасыщенной магнитной системе:
 , | (7) |
где - величина воздушного зазора в точке x.
Из последнего выражения следует, что под полюсом при = const индукция Baq изменяется линейно вдоль окружности якоря. В межполюсном пространстве резко возрастает длина магнитной силовой линии, т.е. величина и индукция Baq резко уменьшается. В результате кривая распределения 
приобретает седлообразную форму. Кривая результирующей индукции получается алгебраическим сложением ординат кривых и .