SILNIK OBCOWZBUDNY PRĄDU STAŁEGO

SILNIK OBCOWZBUDNY PRĄDU STAŁEGO
1. Budowa
Zasadniczymi elementami maszyny prądu stałego, jak i każdej maszyny wirującej, są
stojan i wirnik. (Rys. 1.1) Stojan maszyny składa się ze stalowego lub żeliwnego cylindra, do
którego są przymocowane bieguny główne i pomocnicze. Na biegunach głównych jest
umieszczone uzwojenie wzbudzenia, w którym płynie prąd stały, zwany prądem wzbudzenia.
Uzwojenie wzbudzenia jest w maszynie źródłem strumienia wzbudzenia Φw. Uzwojenie
pomocnicze (komutacyjne i kompensacyjne), znajdujące się na biegunach pomocniczych, ma
kompensować szkodliwe oddziaływania podczas pracy maszyny.
Rys. 1.1 Przekrój maszyny prądu stałego
1 – wirnik, 2 – jarzmo, 3 – rdzeń bieguna głównego, 4 – nabiegunnik, 5 – rdzeń bieguna
komutacyjnego, 6 – uzwojenie bieguna głównego, 7 – uzwojenie bieguna komutacyjnego, 8 –
uzwojenie wirnika, 9 – komutator, 10 – szczotki, 11 – uzwojenie kompensacyjne
Wirnik jest zbudowany z pakietu blach umieszczonego na wale. Na wale znajduje się
także komutator, zbudowany z pewnej liczby odizolowanych od siebie miedzianych
wycinków. Na zewnętrznej powierzchni pakietu wirnika są wycięte żłobki, w których jest
ułożone uzwojenie wirnika, połączone końcami zezwojów z działkami komutatora. Wskutek
przylegania szczotek do komutatora uzwojenie wirnika może być połączone z obwodami
zewnętrznymi.
Poszczególne uzwojenia maszyny prądu stałego mają swoje oznaczenia literowe:
- uzwojenie wirnika A1, A2,
- uzwojenie wzbudzenia bocznikowe E1, E2,
- uzwojenie wzbudzenia szeregowe D1, D2
- uzwojenie wzbudzenia obce F1, F2,
- uzwojenie pomocnicze B1, B2,
- uzwojenie kompensacyjne C1, C2.
Różne sposoby połączenia uzwojenia wzbudzenia z uzwojeniem wirnika są powodem
podziału maszyn prądu stałego (rys. 1.2) na typy: obcowzbudną (rys. 1.2a), bocznikową (rys.
1.2b), szeregową (rys. 1.2c) i bocznikowo-szeregową (rys. 1.2d).
Rys. 1.2 Typy maszyn prądu stałego: a) obcowzbudna, b) bocznikowa, c) szeregowa, d)
bocznikowo - szeregowa
2. Zasada działania silnika obcowzbudnego prądu stałego
Uzwojenie wzbudzenia zasilane jest z obcego źródła prądu, a zatem strumień Φ w ma w
przybliżeniu stałą wartość, niezależnie od wartości prądu obciążenia. Po podłączeniu uzwojeń
twornika do zasilania przez uzwojenie twornika popłynie prąd I, który współdziałając ze
strumieniem Φw powoduje powstanie momentu według zależności:
M=cmΦwI
gdzie: cm – stała silnika,
Φw – strumień wzbudzenia,
I – prąd w obwodzie twornika.
Pod wpływem momentu M wirnik obraca się z prędkością n. Powoduje to indukowanie
się w uzwojeniu wirnika napięcia E, którego wartość wynika z wartości strumienia Φ w i
prędkości n:
E=cEnΦw
3. Właściwości silnika obcowzbudnego prądu stałego
Podczas pracy silnikowej maszyny prądu stałego ważne są dwie charakterystyki:
mechaniczna i regulacyjna. Charakterystyka mechaniczna to zależność prędkości
obrotowej wirnika w funkcji momentu M. Często podaje się zależność prędkości obrotowej n
w funkcji prądu It – wówczas charakterystyka nosi nazwę charakterystyki
elektromechanicznej. Analityczny zapis charakterystyki mechanicznej (rys. 3.1):
IR
U
n
 t t
cEφw cEφw
gdzie:
U
- prędkość idealnego biegu jałowego silnika
n0 
cEφw
Rys. 3.1 Charakterystyka mechaniczna silnika obcowzbudnego prądu stałego: a)
naturalna, b) ze zmienionym napięciem zasilania wirnika U < UN, c) z rezystancją Rr
włączoną do obwodu wirnika, d) ze zmienionym strumieniem wzbudzenia Φw < ΦwN
W silniku obcowzbudnym prąd It w obwodzie twornika jest równocześnie prądem, jaki
pobiera silnik z sieci, obwód wzbudzenia zasilany jest bowiem z obcego źródła prądu. Punkt
przecięcia się charakterystyki z osią rzędnych nazywa się punktem idealnego biegu jałowego.
Dla idealnego biegu jałowego prąd pobierany z sieci jest równy zeru. Oznacza to, że moment
obciążenia jest równy zeru.
Charakterystyka regulacyjna (rys. 3.2) to zależność prądu wzbudzenia Iw w funkcji
prądu obciążenia It przy zasilaniu wirnika silnika napięciem znamionowym UN i stałych
obrotach n = const. Charakterystyka regulacyjna przedstawia jak należy zmieniać prąd
wzbudzenia, aby podczas zmiany obciążenia silnika i stałej wartości napięcia zasilania
utrzymać stałe obroty.
Rys. 3.2 Charakterystyka regulacyjna silnika obcowzbudnego prądu stałego