Stejnosměrné stroje Konstrukce 1. Stator část stroje, která se neotáčí, pevně spojená s kostrou může být z plného materiálu nebo složen z plechů (v případě napájení např. usměrněným napětím) na statoru je umístěno budicí vinutí, které slouží k vytvoření stacionárního magnetického pole
rozlišujeme statory: a) s pólovými nástavci na prstencový stator jsou přidělány hlavní pólové nástavce budicího vinutí buzené stejnosměrným proudem, které slouží k vytvoření stacionárního magnetického pole místo budicího vinutí zde může být permanentní magnet do výkonu 20 kw mohou zde být i kompenzační vinutí zabraňují deformacím budícího pole v oblasti hlavních pólů kompenzační vinutí je zapojeno do série s vinutím kotvy a s vinutím pomocných komutačních pólů 1. budicí vinutí 2. drážky pro kompenzační vinutí
pomocné póly s komutačním vinutím jsou umístěny mezi hlavní póly jsou úzké a nemají pólové nástavce vinutí, které na nich umístěno je zapojeno do série s vinutím kotvy a zlepšuje provozní vlastnosti stroje b) bez vyniklých statorových pólů stator tvořen svazkem statorových plechů s drážkami pro vinutí, podobně jako statory trojfázových motorů v drážkách je uloženo budící vinutí a vinutí pomocných komutačních pólů magnetický obvod statoru je z plného materiálu, polarita hlavních i pomocných (komutačních) pólů se po obvodě střídá vzdálenost dvou sousedních pólů se nazývá pólová rozteč: 2. Rotor kotva část stroje, která se otáčí umístěn na hřídeli, která je s kostrou spojena přes ložiska je složen z plechů od sebe vzájemně izolovaných, které jsou uchyceny na hřídeli v drážkách je umístěno vinutí (vinutím prochází střídavý proud), které je spojeno s lamelami komutátoru komutátor umístěný taktéž na hřídeli zabezpečuje provoz na stejnosměrné napětí
Kotva je z plechů od sebe vzájemně izolovaných, které jsou uchyceny na hřídeli 3. Komutátor je umístěný na rotoru, na statoru jsou v držácích umístěné kartáče, které dosedají na lamely komutátoru a slouží jako kluzný kontakt lamely jsou z mědi, navzájem od sebe izolované slídou k lamelám jsou připojeny vývody rotorového vinutí uhlíkové kartáče jsou pružinou přitlačovány na lamely kartáči prochází proud přes lamely do vinutí rotoru ve stroji dosedá na povrch komutátoru tolik kartáčů (uhlíků), kolik má stroj hlavních pólů kartáče je možné i natáčet po komutátoru tak, aby byly v neutrální poloze magnetická neutrála
Uhlíkový kartáč
Rozdělení stejnosměrných strojů a) Stejnosměrné generátory dynama přeměňují mechanickou energii na elektrickou v cívkách rotoru se indukuje střídavé napětí díky komutátoru je na svorkách dynama stejnosměrné napětí v minulosti byla dynama zdroji elektrické energie tam, kde bylo třeba stejnosměrné napětí (např. v palubní síti automobilů) dnes jsou nahrazeny alternátory s polovodičovými usměrňovači přesto i dnes nachází uplatnění např. v budicích obvodech synchronních generátorů druhy dynam: dynamo s cizím buzením budicí vinutí je napájeno z nezávislého zdroje napětí derivační dynamo budicí vinutí je připojeno paralelně k vinutí kotvy kompaundní dynamo má dvě budicí vinutí, jedno připojené paralelně a druhé sériově k vinutí kotvy b) Stejnosměrné motory přeměňují elektrickou energii na mechanickou díky komutátoru je můžeme napájet stejnosměrným proudem. nutnost časté kontroly komutátoru a kartáčů
mají velký záběrný moment dosahují vyšších otáček než motory na střídavé napětí mají široké možnosti využití podle způsobu zapojení budicího vinutí používají se např. pro pohony vozidel, obráběcích strojů, u zdvihacích zařízení, v automobilech startéry, pohony různých automobilových zařízení druhy stejnosměrných motorů: motor s cizím buzením derivační motor s paralelním buzením kompaudní motor se sériově paralelním buzením motor se sériovým buzením
Značení vývodů stejnosměrných strojů označování vývodů na svorkách stejnosměrných motorů je stejné pro motoru i generátory A B C D E F vinutí kotvy vinutí komutačních pólů kompenzační vinutí sériové budící vinutí paralelní budící vinutí vinutí pro cizí buzení číslice před písmeny označují rozdělená vinutí (např.: 1B a 2B značí dvě části symetricky rozděleného komutačního vinutí) číslice za písmeny udávají začátek a konec vinutí (např.: B1 začátek vinutí, B2 konec vinutí) Obvod kotvy s pomocnými a kompenzačními vinutími (označení v závorkách není na svorkovnici uváděno) Směr otáčení na směru proudu ve vinutí kotvy a v budícím vinutí závisí směr otáčení stejnosměrného stroje
označení vývodů je stanoveno tak, že při běhu motoru doprava prochází každým vinutím proud od začátku ke konci, tedy v kotvě derivačního motoru od A1 k A2 a v budícím vinutí od E1 k E2 Stejnosměrný motor se otáčí doprava, protéká-li každým vinutím proud od začátku vinutí ke konci vinutí. Derivační motor směr doprava k určení směru otáčení doprava pozorujeme motor ze strany vyvedené hřídel a generátor ze strany hnací hřídele u generátoru má proud kotvy snahu otáčet kotvou proti směru pohonu generátoru Kompaundní generátor s komutačními póly
Provedení vinutí pro správnou činnost stejnosměrného stroje musí být vinutí rotoru souměrné a uzavřené podle připojení cívek na komutátor rozeznáváme dva druhy vinutí kotvy: a) vinutí vlnové (sériové) má název odvozený od tvaru cívky rozpětí cívky se rovná pólové rozteči, konce cívky jsou připojeny na lamely vzdálené o dvě pólové rozteče tento druh vinutí se používá pro vyšší napětí a menší proudy, protože obsahuje největší počet cívek zapojených do série
b) vinutí smyčkové (paralelní) má rovněž rozpětí cívky shodné s pólovou roztečí, ale vývody cívky jsou připojeny na sousední lamely komutátoru smyčkové vinutí se používá u strojů na větší proudy, protože má největší možný počet paralelních větví Reakce rotoru kotvy při provozu stejnosměrného stroje (dynama nebo rotoru) prochází rotorem proud, který vytváří svoje magnetické pole magnetické pole rotoru se skládá s magnetickým polem pólů ve výsledné pole Jestliže je stroj nezatížený, je výsledné pole tvořeno pouze póly (obr. A)
kdyby bylo vinutí pólů bez proudu a proud by procházel pouze rotorem, vytvořilo by se magnetické pole podle obrázku B magnetická osa pole kotvy je kolmá na osu pole magnetů vzájemným působením obou polí při práci stroje se výsledné pole deformuje a jeho osa se posune u dynama ve směru otáčení, u motoru proti směru otáčení (obr.c) kartáče, které by měly být v neutrální ose, by tedy bylo nutné natočit u dynama ve směru otáčení, u motoru proti směru otáčení o úhel γ natáčení kartáčů se provádí u menších strojů a při stálé zátěži u větších strojů a v případech, kdy stroj pracuje s proměnným zatížení, by bylo nutné tento úhel neustále měnit a proto se stroj opatřuje dalším vinutím statoru, které je protékané proudem rotoru a kompenzuje jeho vliv na výsledné pole toto vinutí se nazývá kompenzační a vkládá se do pólových nástavců stroj
Komutace během otáčení rotoru dochází v jednotlivých cívkách ke změně směru proud ke komutaci v určitém okamžiku dosedá kartáč na lamelu 2 proud teče v cívce B zprava doleva v dalším okamžiku je cívka B zkratována kartáčem, který se dostal mezi lamely 2 a 3 a proud v cívce zaniká v dalším časovém okamžiku se kartáč dostane na lamelu 3 a tím se objeví v cívce B proud, který jí prochází zleva doprava změnou proudu v komutující cívce se v cívce indukuje reaktanční napětí toto reaktanční napětí vytváří v komutující cívce proud, který se při přechodu kartáče z lamely 2 na lamelu 3 přerušuje, což způsobuje jiskření na kartáčích tento rušivý faktor v činnosti stroje se potlačí použitím pomocných komutačních pólů komutační póly jsou umístěny mezi hlavními póly statoru jejich magnetickým polem se indukuje do komutující cívky stejně velké napětí jako je napětí reaktanční, ale opačné polarity, takže obě napětí se vzájemně ruší aby tato napětí byla stejná při všech zatíženích stroje, je vinutí komutačních pólů protékané rovněž proudem rotoru
Konstrukční uspořádání 1 kostra statoru 2 magnetické póly p pólová rozteč 3 budící vinutí 4 rotor (kotva) 5 drážky rotoru 6 komutátor 7 kartáče sudý počet (stejně jako počet pólů) 8 neutrální osa geometrická osa hlavních magnetických pólů