Līdzstrāvas mašīna

Divu polu līdzstrāvas dzinējs ar pastāvīgo magnētu

Līdzstrāvas mašīna ir elektriskā mašīna, kura pārveido mehānisko enerģiju līdzstrāvas elektriskajā enerģijā vai otrādi.

Darba režīmi

Pamatraksti: Līdzstrāvas dzinējs, Līdzstrāvas ģenerators

Līdzstrāvas mašīna var darboties kā līdzstrāvas dzinējs un kā līdzstrāvas ģenerators.

Uzbūve

Līdzstrāvas mašīnu veido stators, kurš rada pastāvīgu magnētisko lauku, un rotors, kurš sastāv no enkura un kolektora. Enkurs ir elektriskās mašīnas daļa, kurā inducējas elektrodzinējspēks (EDS), tādēļ enkuram jāatrodas statora magnētiskajā laukā, līdz ar to statora un enkura izmēri mašīnas ass virzienā ir gandrīz vienādi. Kolektors ir rotora izvirzītā daļa, caur to pieslēdz ārējo elektrisko ķēdi (slodzes pretestību ģeneratoram vai līdzsprieguma avotu dzinējam) un tas pārveido enkurā inducēto EDS līdzspriegumā.

Statora statnes iekšējai cilindriskai virsmai pāru skaitā piestiprināti galvenie poli, uz kuriem novietots ierosmes tinums. Ierosmes ķēdei pievadītais līdzspriegums uztur tajā ierosmes strāvu, kas mašīnā rada nekustīgu, nemainīgu magnētisko lauku, kurš noslēdzas pa statora statni, poliem, gaisa spraugu starp statoru un rotoru un enkuru.

Enkuram ir cilindriskas formas magnētvads, kura ārējās virsmas rievās ievietots enkura tinums. Enkurs un statora poli samontēti no attiecīgas formas elektrotehniskā skārda plāksnēm ar mērķi samazināt magnētiskos zudumus virpuļstrāvu dēļ.

Kolektoram ir cilindriska forma, tā diametrs ir mazāks nekā enkuram. Uz tā virsmas novietots daudz (50 . . . 100) savstarpēji izolētu vara plāksnīšu. Katra kolektora plāksnīte savienota ar enkuru, kura tinums sastāv no virknē saslēgtām sekcijām; katra sekciju savienojuma vieta pievienota vienai kolektora plāksnītei.

Ārējo ķēdi rotoram pievieno ar nekustīgām grafīta sukām, kuras ar atsperēm piespiestas kolektora virsmai. Pastāv arī bezsuku līdzstrāvas mašīnas.

Statora papildpolus ar tinumu saslēdz virknē ar enkura tinumu, tādējādi uzlabojot mašīnas darbības rādītājus.

Pašierosmes līdzstrāvas mašīnu elektriskās ķēdes. A — paralēlās, B — virknes, C — jauktās ierosmes tinums (f) savienojumā ar enkuru (M)

Mašīnas elektriskās ķēdes

Līdzstrāvas mašīnai ir divas elektriskās ķēdes: enkura, kurā atrodas enkura tinums, un ierosmes, kurā atrodas ierosmes tinums. Pēc ierosmes tinuma izšķir divus līdzstrāvas mašīnu veidus: svešierosmes un pašierosmes. Praksē biežāk izmanto pašierosmes mašīnas. Izskatot ierosmes tinumu detalizētāk, minētos mašīnu veidus iedala sīkāk: svešierosmes mašīnu veids sīkāk neiedalās, bet pašierosmes mašīnu veids sevī ietver paralēlās, virknes, jauktās ierosmes mašīnas. Neatkarīgās ierosmes tinums tiek barots no neatkarīga avota, piemēram, līdzstrāvas tīkla. Paralēlās jeb šunta ierosmes tinums ir ar lielu vijumu skaitu un lielu pretestību (ļauj vajadzīgo magnētisko plūsmu iegūt ar ierosmes strāvu, kas daudzkārt mazāka par enkura strāvu). Virknes jeb sērijas ierosmes tinums ir ar mazu vijumu skaitu uz mazu pretestību (paredzēts strāvai, kas vienāda ar enkura strāvu). Jauktās ierosmes tinums sastāv no paralēlās un virknes ierosmes tinuma. Magnētisko plūsmu regulē ar maināmas pretestības reostatu, kurš tiek slēgts virknē ar paralēlās ierosmes tinumu un paralēli virknes ierosmes tinumam.

Enkura ķēdē atrodas enkura tinums un statora papildpolu tinums. Ar kolektora un sukām enkura ķēdei pieslēdz ārējo ķēdi: slodzes pretestību ģeneratoram vai līdzsprieguma avotu dzinējam. Tāpat enkura ķēdē ir palaišanas reostats. Enkura pretestība ir virknē savienotu pretestību — enkura tinuma, papildpolu, kolektora—suku pārejas — summa. Uz mašīnas korpusa atrodas šī virknes slēguma izvadi E1-P2 (E1-E2 — enkura tinuma, P1-P2 — papildpolu tinuma izvadi).

Vienādojumi

• Enkura ķēdes sprieguma vienādojums:

$U=E-R_{e}I_{e}$, kur $U$ ir līdzstrāvas ģeneratora enkura ķēdes spriegums, $E$ ir enkurā inducētais EDS, $R_{e}$ ir enkura pretestība, $I_{e}$ — strāva.

$U=E+(R_{e}+R_{p})I_{e}$, kur $U$ ir līdzstrāvas dzinēja enkura ķēdes spriegums, $R_{p}$ ir palaišanas reostata pretestība.

• EDS vienādojums:

$E=c_{E}\Phi n$, kur $c_{E}$ ir no mašīnas 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 mašīnas uzbūves atkarīga, no $c_{E}$ atšķirīga konstante.

• Strāvu vienādojumu, kurā ietilpst enkura strāva $I_{e}$, ierosmes strāva $I_{ie}$, ārējās ķēdes strāva $I$ (ģeneratoram — slodzes strāva, dzinējam — no tīkla saņemtā strāva), iegūst no konkrētās mašīnas aizvietošanas shēmas.