МАШИНЫПОТОЯННОГО ТОКА
Область применения, классификация МПТ.
Машины постоянного тока применяются как в качестве двигателей, так и в качестве генераторов. Двигатели постоянного тока (ДПТ) обладают большой глубиной регулирования частоты вращения, сохраняют во всем диапазоне регулирования высокий КПД и могут иметь механические характеристики, отвечающие специальным требованиям. Генераторы постоянного тока являются источником питания для промышленных установок, потребляющих постоянный ток низкого напряжения (электролизные и гальванические установки).
МПТ подразделяются на:
Коллекторные:
а) магнитоэлектрические(постоянные магниты)
б) электромагнитные(независимое, параллельное, последовательное, смешанное(согласное, встречное) возбуждения)
Безколлекторные
Специальные
Условные обозначения обмоток МПТ и схемы их соединения
Обмотка якоря
Параллельное возбуждение: iв = 2 – 3% от Iнагр, rв – возрастает
Последовательное возбуждение: iВ = Iнагр, ΔU = 2 – 3% от Uнагр
Компенсационная обмотка: iКО = Iнагр
Обмотка добавочных полюсов: iДО = Iнагр
Соединения:
Принцип работы МПТ. Основные электромагнитные соотношения МПТ, принцип обратимости.
Принцип действия работы постоянного тока основан на взаимодействии проводника обмотки якоря с тока и основным магнитным потоком. Основной магнитный поток создается обмотками возбуждения.
- сила действия на проводник с током
Ce – постоянная машины N – общее количество активных проводников
а – число пар параллельных ветвей 
- электромагнитный момент Da – диаметр якоря
Постоянное магнитное поле ненагруженной машины (Iя = 0) создается только МДС обмотки возбуждения, обтекаемой постоянным током Iв. При вращении якоря с частотой n в его обмотке индуктируется ЭДС. При помощи коллектора и щеток эта ЭДС выпрямляется и на щетках появляется постоянная ЭДС. При работе в генераторном режиме ЭДС больше, чем напряжение сети (Е > U), ток якоря совпадает по направлению с ЭДС и механическая энергия, подводимая через вал машины, преобразуется в электрическую энергию, поступающую в сеть. При работе в режиме двигателя ЭДС меньше, чем напряжение сети (Е < U), ток якоря совпадает по направлению с напряжением сети, а электрическая энергия, поступающая из сети, преобразуется в механическую энергию. Когда машина нагружена и работает в режиме двигателя или генератора (Iя ≠ 0), магнитное поле в ней создается не только МДС тока Iв, но и МДС последовательной обмотки возбуждения и обмотки якоря, по которым протекает ток якоря. Это приводят к изменению потока и распределения индукции магнитного поля в зазоре Переход из генераторного в двигательный происходит автоматически при выполнении определенных условий – принцип обратимости. 
- формула преобразования электрической энергии в электрической машине.
Общие сведения об обмотках якоря МПТ.
Якорная обмотка представляет собой набор секций. Чаще всего – это односекционная. Через коллектор формируется электрическая схема. Обмотки якорей машин постоянного тока делятся на простые и сложные. Обмотки, как правило, двухслойные, симметричные. Простые обмотки выполняются петлевыми и волновыми. Сложные обмотки состоят из двух-трех простых петлевых или волновых обмоток. Сложная обмотка, объединяющая простую петлевую и волновую обмотки, называется лягушечьей. Следует иметь в виду, что основные соотношения в математических моделях процессов преобразования энергии, практически, не зависят от типа обмотки якоря.
На рис. а—в представлены секции петлевой, волновой и лягушечьей обмоток. Секции обмотки образуют катушки, которые укладываются в пазы. Катушка имеет общую пазовую изоляцию и состоит из одной или нескольких секций. Секция состоит из одного или нескольких витков. Виток состоит из двух или нескольких проводников. Секция образуют обмотку, которая может состоять из двух или нескольких параллельных ветвей. Каждая ветвь имеет последовательно соединенные ветки и проводники. Последовательно соединенные витки определяют напряжение, а параллельные ветви — ток машины. Общий объем меди при определенной плотности тока характеризует мощность машины постоянного тока.
Петлевые и волновые обмотки МПТ и их свойства.
Простая петлевая обмотка якоря. В простой петлевой обмотке якоря каждая секция присоединена к двум рядом лежащим коллекторным пластинам. При укладке секций на сердечнике якоря начало каждой последующей секции соединяется с концом предыдущей, постепенно перемещаясь при этом по поверхности якоря (и коллектора) так, что за один обход якоря укладывают все секции обмотки. В результате конец последней секция оказывается присоединенным к началу первой секции, т. е. обмотка якоря замыкается. Если укладка секций обмотки ведется слева направо по якорю, то обмотка называется правоходовой:
Если укладка секций ведется справа налево, то обмотка называется левоходовой:
В простой петлевой обмотке число параллельных ветвей равно числу главных полюсов машины: 2а=2р.
Сложная петлевая обмотка. При необходимости получить петлевую обмотку с большим числом параллельных ветвей, применяют сложную петлевую обмотку. Такая обмотка представляет собой несколько (обычно две) простых петлевых обмоток, уложенных на одном якоре и присоединенных к одному коллектору. Число параллельных ветвей в сложной петлевой обмотке 2а = 2рm, где m — число простых петлевых обмоток, из которых составлена сложная обмотка (обычно m = 2).
Простая волновая обмотка. Простую волновую обмотку получают при последовательном соединении секций, находящихся под разными парами полюсов. Концы секций простой волновой обмотки присоединены к коллекторным пластинам, уда ленным друг от друга на расстояние шага обмотки по коллектору. За один обход по якорю укладывают столько секций, сколько пар полюсов имеет машина, при этом конец последней по обходу секции присоединяют к пластине, расположенной рядом с исходной.
Простую волновую обмотку называют левоходовой, если конец последней по обходу секций присоединяется к пластине, находящейся слева от исходной:
Если же эта пластина находится справа от исходной, то обмотку называют правоходовой:
Сложная волновая обмотка. Несколько простых волновых обмоток (обычно две), уложенных на одном якоре, образуют сложную волновую обмотку. Число параллельных ветвей в сложной волновой обмотке 2а = 2m (обычно 2а = 4), где m — число простых обмоток в сложной (обычно m=2). Простые обмотки, входящие в сложную, соединяют параллельно посредством щеток.
Комбинированная обмотка.
Комбинированная обмотка представляет собой совокупность сложной петлевой и сложной волновой обмоток, уложенных в одни и те же пазы и присоединенных к общему коллектору. Секция такой обмотки образуется из сложенных вместе секций волновой и петлевой обмоток, имеющих одинаковую ширину (у11 = у111) и состоящих из одинакового количества витков. По своим очертаниям она напоминает лягушку. Поэтому комбинированную обмотку иногда образно называют лягушачьей. Поскольку каждая из обмоток, образующих рассматриваемую обмотку, выполняется двухслойной, комбинированная обмотка в целом получается четырехслойной. Параметры петлевой и волновой обмоток должны быть выбраны таким образом, чтобы токи в параллельных ветвях обмоток были одинаковыми. Для этого нужно, чтобы петлевая и волновая обмотки имели одинаковое число параллельных ветвей. Кроме того, нужно, чтобы в контурах, образованных секциями обмоток, не возникали уравнительные токи.
Круговой огонь.
При значительных перегрузках или внезапном коротком замыкании машины постоянного тока коммутация приобретает резко замедленный характер. В этом случае между сбегающей коллекторной пластиной и сбегающим краем щетки возникает электрическая дуга. Так как коллектор вращается, то дуга механически растягивается. В результате напряжение между соседними коллекторными пластинами увеличивается, превышая допустимые пределы. Это может привести к возникновению электрических дуг между смежными пластинами. Таким образом, в условиях значительной перегрузки в машине постоянного тока появляются коммутационные и потенциальные причины для возникновения электрической дуги на коллекторе. Добавочные полюсы и компенсационная обмотка хотя и ослабляют опасность возникновения кругового огня, но полностью ее не устраняют.
Назначение и исполнение компенсационной обмотки.
Поперечную реакцию якоря можно скомпенсировать, применив компенсационную обмотку. Компенсационная обмотка расположена в пазах наконечников главных полюсов. Поле поперечной реакции якоря неподвижно относительно полюсов. Поэтому, располагая в пазах на статоре обмотку, МДС которой направлена встречно с МДС обмотки якоря, можно скомпенсировать поле реакции якоря. Для компенсации поля поперечной реакции якоря в переходных и установившихся режимах компенсационная обмотка включается последовательно с обмоткой якоря и МДС компенсационной обмотки примерно равна МДС поперечной реакции якоря, т.е. объемы меди компенсационной обмотки и об мотки якоря примерно одинаковы.
Потери в МПТ.
Механическая мощность подводимая к валу генератора, преобразуется в электрическую мощность Р2. При этом 
, где 
.
Здесь Рмех – механические потери, Рст – потери в стали, Рэ – электрические потери в обмотке якоря, Рд – добавочные потери. Электромагнитная мощность Рэм – мощность в воздушном зазоре: Рэм = Р1 – Рмех – Рст – Рд. Pмех = Рподшип + Рвентиляции + Ртренияв щет. контакте
КПД МПТ
Первая формула – двигатель, вторая – генератор.
Характеристика холостого хода генератора постоянного тока.
При холостом ходе машины постоянного тока, работающей в генераторном режиме, ток в якоре Iя = 0, а магнитное поле в воздушном зазоре создается обмоткой возбуждения. В машинах постоянного тока не стремятся к синусоидальному полю в воздушном зазоре при холостом ходе, поэтому зазор под полюсным наконечником обычно делают равномерным, а ширину полюсного наконечника берут равной bр = 0,65 – 0,75τ. При этих условиях на холостом ходу поле близко к трапецеидальному. Трапецеидальное поле можно при расчетах заменить прямоугольным полем с индукцией Вср.
При переходе к индукции Вср, поток на полюсном делении остается таким же, как и при трапецеидальном поле:
где lδ – активная длина проводника обмотки якоря. Если обмотка якоря имеет N проводников, а число параллельных ветвей 2а, то число последовательно включенных проводников в параллельной ветви: N/2a.
Внешняя характеристика генераторов постоянного тока.
Внешняя характеристика генератора при различных схемах возбуждения