Līdzstrāvas dzinējs

Līdzstrāvas dzinējs ar sukām. Divpolu stators, divpolu rotors

Līdzstrāvas dzinējs ir līdzstrāvas elektriskā mašīna, kas darbojas dzinēja režīmā. Tā pārveido līdzstrāvas elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā.

Uzbūve

Par līdzstrāvas dzinēja uzbūvi skatīt: Līdzstrāvas mašīna

Darbība

Līdzstrāvas dzinējs šķērsgriezumā

Līdzstrāvas dzinēja statoram no līdzsprieguma (nemainīga sprieguma) avota pievada ierosmes strāvu, kura mašīnas magnētiskajā ķēdē uztur pastāvīgu magnētisko plūsmu. No tā paša avota rotora enkuram tiek pievadīta enkura strāva. Kolektors nodrošina nemainīgu strāvas virzienu un lielumu visos enkura tinuma vados, kuri atrodas dotā pola (N vai S) zonā. Uz katru enkura tinumu darbojas spēks

$F\sim BI_{e}$,

kur $B$ ir statora magnētiskā lauka indukcija, $I_{e}$ ir enkura strāva. Uz rotoru darbojas griezes moments

$M\sim \Phi I_{e}$,

kur $\Phi$ ir statora magnētiskā lauka plūsma. Šī momenta dēļ dzinēja rotors griežas ar noteiktu ātrumu (frekvenci).

Pašierosmes dzinējs

Pašierosmes līdzstrāvas dzinējam ierosmes strāvu nodrošina paša dzinēja EDS.

Paralēlās ierosmes dzinējs

Paralēlās jeb šunta ierosmes līdzstrāvas dzinējam ierosmes ķēde, kuras tinumam ir pretestība $R_{ie}$ un kurā ir reostats $R_{r}$ magnētiskās plūsmas regulēšanai, pieslēgta paralēli enkura ķēdei, kurā ir palaišanas reostats $R_{p}$.

• Enkura ķēdes sprieguma vienādojums:

$U=E+(R_{e}+R_{p})I_{e}$,

kur $U$ ir līdzstrāvas dzinēja enkura ķēdes spriegums, $E$ ir enkurā inducētais pretEDS (pretelektrodzinējspēku tā sauc, jo dzinēja elektriskajā shēmā tā virziens ir pretējs strāvas virzienam — elektriskā enerģija tiek patērēta), $R_{e}$ ir enkura pretestība, $I_{e}$ — strāva, $R_{p}$ ir palaišanas reostata pretestība.

• EDS vienādojums:

$E=c_{E}\Phi n$,

kur $c_{E}$ ir no dzinēja izmēriem un konstrukcijas atkarīga konstante, $\Phi$ ir statora magnētiskā lauka plūsma, $n$ ir rotora griešanās ātrums (apgriezieni minūtē).

• Momenta vienādojums:

$M=c_{M}\Phi I_{e}$,

kur $c_{M}$ ir no dzinēja uzbūves atkarīga, no $c_{E}$ atšķirīga konstante. Normālos apstākļos ierosmes strāvu nemaina, tāpēc nemainīga ir arī magnētiskā plūsma. Dzinēja strāvu nosaka slodzes moments (dzinējam slodze ir mehāniska), nevis palaišanas pretestība enkura ķēdē. Līdzstrāvas dzinēja griešanās virzienu iespējams mainīt, mainot strāvas virzienu enkura ķēdē vai ierosmes ķēdē.

• Strāvu vienādojums:

$I=I_{e}$;

ierosmes strāva $I_{ie}$ nav atkarīga no enkura strāvas $I_{e}$.

Mehāniskās raksturlīknes n=f(M) iegūšanai izmanto formulu

$n={\frac {E}{c_{E}\Phi }}=n_{0}-{\frac {R_{e}+R_{p}}{c_{E}c_{M}\Phi ^{2}}}M={\frac {U-I_{e}(R_{e}+R_{p})}{c_{E}\Phi }}$,

kur $n_{0}$ ir tukšgaitas ($M=0$) ātrums. Mainot palaišanas pretestību, iegūst mehānisko raksturlīkņu saimi. Dabiskajā raksturlīknē ($R_{p}=0$), slodzi mainot no tukšgaitas līdz nominālajam režīmam, griešanās ātrums parasti samazinās par 2 . . . 8 %. Mākslīgajās raksturlīknēs (ar $R_{p}$) tukšgaitas režīma neizmainās, bet ātrums izteiktāk samazinās noslodzes dēļ.

Virknes ierosmes dzinējs

Virknes jeb sērijas ierosmes dzinēja ierosmes ķēde ar paralēli pieslēgtu regulēšanas reostatu $R_{r}$ pieslēgta enkura ķēdei virknē. Palaišanai un ātruma regulēšanai paredzēts palaišanas reostats $R_{p}$.

• Enkura ķēdes sprieguma vienādojums:

$U=E+(R_{e}+R_{ie}+R_{p})I_{e}$,

kur $U$ ir līdzstrāvas dzinēja enkura ķēdes spriegums, $E$ ir enkurā inducētais pretEDS (pretelektrodzinējspēku tā sauc, jo dzinēja elektriskajā shēmā tā virziens ir pretējs strāvas virzienam — elektriskā enerģija tiek patērēta), $R_{e}$ ir enkura pretestība, $I_{e}$ — strāva, $R_{ie}$ ir ierosmes tinuma pretestība, $R_{p}$ ir palaišanas reostata pretestība.

• EDS vienādojums:

$E=c_{E}\Phi n$,

kur $c_{E}$ ir no dzinēja izmēriem un konstrukcijas atkarīga konstante, $\Phi$ ir statora magnētiskā lauka plūsma, $n$ ir rotora griešanās ātrums (apgriezieni minūtē).

• Momenta vienādojums:

$M=c_{M}\Phi I_{e}$,

kur $c_{M}$ ir no dzinēja uzbūves atkarīga, no $c_{E}$ atšķirīga konstante. Normālos apstākļos ierosmes strāvu nemaina, tāpēc nemainīga ir arī magnētiskā plūsma. Dzinēja strāvu nosaka slodzes moments (dzinējam slodze ir mehāniska), nevis palaišanas pretestība enkura ķēdē. Līdzstrāvas dzinēja griešanās virzienu iespējams mainīt, mainot strāvas virzienu enkura ķēdē vai ierosmes ķēdē.

• Strāvu vienādojums:

$I=I_{e}=I_{ie}$.

Mehāniskās raksturlīknes n=f(M) vienādojums ir

$n={\frac {E}{c_{E}\Phi }}={\frac {U-I_{e}(R_{e}+R_{ie}+R_{p})}{c_{E}\Phi }}$.

Šāda veida dzinējam magnētiskā plūsma nav konstanta, bet gan atkarīga no slodzes; enkura strāva nav proporcionāla momentam.

Tā kā virknes ierosmes dzinējiem ir liels palaišanas moments, tos izmanto elektrificētajā transportā.

Griešanās ātruma regulēšana

Mainot slodzes momentu, mainās rotora griešanās ātrums uz dotās mehāniskās raksturlīknes, bet regulēt rotācijas ātrumu nozīmē izmainīt mehānisko raksturlīkni. Regulēšanu var veikt šādos veidos:

• mainot palaišanas reostata pretestību $R_{p}$, šī metode ir netaupīga, tāpēc ka relatīvi lielas jaudas ķēdē (līdzstrāvas dzinēja enkura ķēde ir tāda) reostats rada ievērojamus jaudas zudumus;
• mainot regulēšanas reostata pretestību $R_{r}$, kura ieslēgta ierosmes ķēdē ar relatīvi nelielu jaudu, var mainīt magnētisko plūsmu, šī metode ir taupīga;
• mainot enkura ķēdei pievadīto spriegumu, šī metode ir taupīga, taču tai nepieciešams atsevišķs līdzsprieguma avots ar maināmu spriegumu (līdzstrāvas ģenerators vai regulējams taisngriezis).

Palaišana

Līdzstrāvas dzinēju nedrīkst palaist, tieši pieslēdzot tīklam. Enkura ķēdē palaišanas režīmam izvēlas tādu palaišanas reostata pretestību $R_{p}$, lai palaišanas strāva būtu lielāka par enkura nominālo strāvu ne vairāk kā divas trīs reizes ($I_{p}=2...3I_{eN}$). Dzinējam pakāpeniski uzņemot ātrumu, palaišanas reostata pretestību pamazām samazina līdz nullei.