MiniElektrikář 39. - Stejnosměrné stroje

1. Úvod

Stejnosmerné stroje jsou historicky nejstaršími elektrickými stroji a nejprve se používaly jako generátory pro výrobu stejnosmerného proudu. V rade technických aplikací byly tyto V soucasné dobe se stejnosmerné stroje používají predevším jako motory v elektrických regulovaných pohonech ( napr. u obrábecích stroju, válcovacích stolic, težních stroju, v automobilovém prumyslu a v elektrické trakci). Generátory (dynama ) jsou postupne nahrazovány polovodicovými usmernovaci. Regulované pohony se stejnosmernými motory jsou v rade technických oblastí postupne nahrazovány strídavými regulovanými pohony s asynchronními motory a to zejména proto, že stejnosmerné motory jsou vzhledem k asynchronním motorum složitejší, výrobne a provozne nákladnejší. Stále existují oblasti, ve kterých se stejnosmerné stroje používají pro své nekteré výhodné vlastnosti a speciální
charakteristiky.

2. Konstrukce

Na statoru jsou k vytvorení magnetického toku umísteny hlavní póly, které mohou být buzeny cívkami, nebo permanentními magnety. Póly s budícím vinutím se skládají z pólového jádra a pólového nástavce. Dále jsou zde mohou být tzv. pomocné póly (komutacní) umístené mezi hlavními póly pro zlepšení komutacních vlastností stroje.
Rotor ( pohyblivá cást stroje, nazývaná kotvou ) je složená z dynamových (izolovaných kremíkových) plechu v jehož drážkách umístených po obvodu je vinutí. Jednotlivé cívky vinutí kotvy jsou pripojeny k medeným vzájemne izolovaným lamelám komutátoru, který zde zastává funkci mechanického usmernovace proudu. Komutátor je mechanicky spolu s magnetickým obvodem nasazen na hrídeli stroje. Na komutátor dosedají kartáce, umístené ve speciálních držácích, jimiž se privádí proud do vinutí kotvy. Komutátor a kartáce tvorí sberné ústrojí stroje.

Stejnosměrný stroj má magnetický obvod statoru i s pólovými nástavci zhotoven z plného materiálu. Magnetický tok obvodu je buzen permanentními magnety nebo budicím vinutím.

Dále jsou na statoru instalovány držáky kartáčů a ložiskové štíty. Budicí vinutí je k rotoru připojeno sériově, paralelně (derivační), kompaudní (smíšené), cizí buzení, permanentní magnet, ...

Magnetický obvod rotoru, který nese vinutí připojené na komutátor, je vždy zhotoven z transformátorových plechů.

3. Princip

Princip cinnosti lze vysvetlit na elementárním stroji, jehož vinutí kotvy tvorí pouze dva vodice a, b spojené do jednoho závitu umísteném na rotoru, který se otácí v magnetickém poli vytvoreném dvojicí hlavních pólu ( s jedním severním a jižním pólem s roztecí t).
Závit je pripojen ke dvema lamelám komutátoru, které jsou navzájem izolovány a otácejí se spolecne s rotorem. Na komutátor dosedají dva nepohyblivé kartáce, které jsou umísteny do tzv. neutrální osy tj. do geometrické osy mezi dvema sousedními hlavními póly. Stejnosmerné stroje mohou pracovat jako generátory ( premenují mechanickou energii na elektrickou ) a nebo jako motory ( premenují naopak elektrickou energii na mechanickou ).

2. Stejnosměrné stroje - rozdělení

• generátory
• motory

2. Vlastnosti stejnosměrných motorů

• Motor s cizím buzenímbudicí vinutí napájeno z vnějšího zdroje stejnosměrného napětí, otáčky jsou stabilní i při kolísání napětí, před připojením rotoru ke zdroji musí být motor nabuzen –jinak nebezpečný nárůst otáček, motor umožňuje regulaci otáček ve velkém rozsahu, vhodný pro pohon strojů s proměnným mechanickým odporem, např. obráběcích strojů
• Derivační motorbudicí vinutí paralelně k vinutí rotoru, nesmí rovněž dojít k odbuzení, menší rozsah regulace otáček, obdobná momentová charakteristika jako u motoru s cizím buzením
• Motor se sériovým buzenímbudicí vinutí v sérii s rotorovým vinutím, má největší záběrový moment
• Sériový motorpři chodu naprázdno dosáhne nebezpečně velkých otáček, zátěž se nesmí připojovat plochými řemeny, otáčky jsou velmi závislé na zatížení, sériové motory se používají pro pohon vozidel (nákladní káry, tramvaje, trolejbusy, lokomotivy), sériový motor je značně přetížitelný, používá se tam, kde je nutný velký moment po krátkou dobu a kde přitom nevadí pokles otáček
• Kompaundní motorymají sériové i paralelní budicí vinutí, při chodu naprázdno se chová jako derivační motor. Při zatížení klesají otáčky rychleji než u derivačního motoru, používají se např. u zdvihacích mechanismů