Сериесная обмотка что это
Перейти к содержимому

Сериесная обмотка что это

  • автор:

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Ключом управления SA2 плюс оперативного тока через размыкающий контакт KL2 и сериесную обмотку KL5 подается на электромагнит отключения. Электромагнит срабатывает и полюс отключается. Реле KL5 обесточивается и размыкает свой контакт в цепи самоподхвата. [32]

Если напряжение генератора станет меньше, чем батареи, ток в сериесной обмотке изменит направление на противоположное, отчего ослабится действие электромагнита. [33]

Другие шесть электромагнитов соединены между собой и с цепью ротора последовательно ( сериесная обмотка 5) при работе дннастартера в качестве электродвигателя. [35]

ОУ-обмотка управления; КО-компенсационная обмотка; Я / О-шунтовая обмотка; СО — сериесная обмотка . [37]

Так как параллельная сериес-ная обмотка имеет довольно значительное количество витков в отличие от последовательной сериесной обмотки , то при размещении на полюсе их можно несколько скорректировать, исходя из конструктивных соображений. [38]

Кроме двух обмоток независимого возбуждения, управляющий генератор Г Г имеет еще третью, сериесную обмотку самовозбуждения ГГЗ . Третья обмотка создает Aw3, по величине пропорциональную току генератора, а по направлению совпадающую с результирующей Aw обмоток независимого возбуждения. Наличие третьей сериесной обмотки возбуждения ГГЗ улучшает динамические свойства автомата, ускоряя изменения скорости подачи проволоки при изменениях длины сварочной дуги. [39]

Путь первый: клемма Я генератора, клемма Я реле-регулятора, сериесная обмотка 12, сериесная обмотка 3, ярмо 2, обмотка 5, масса. [40]

Действие обеих обмоток противоположно друг другу, так ч го при малых нагрузках генератора Г ампер-витки сериесной обмотки меньше ампер-витков шуи-товой и аде. При увеличении нагрувки ампср-питки сериесной обмотки увеличиваясь сначала ослабляют тон возбуждения генератора, затем становится больше ампер-витков шун-товой обмотки и в результате уменьшают, а затем даже изменяют направление эдс В. Аналогична схема применения В. [41]

F Ампервитки обмотки возбуждения пропорциональны току нагрузки A We wcl, где wc — число витков сериесной обмотки возбуждения . [42]

Это сравнение нам удобнее будет произвести, если предположить, что компаундный двигатель допускает изменение числа витков сериесной обмотки параметра k2 в процессе управления. [43]

В схеме на рис. 6 в главной цепи применен четырехплечевой мост силовых полупроводниковых диодов, в диагональ которого включена сериесная обмотка двигателя . [45]

Режим нагрузки

Обмотка компенсационная предназначена для компенсации реакции якоря, выполняется обычно в виде стержней, которые располагаются в пазах полюсных наконечниках. Эта обмотка всегда включается последовательно с обмоткой якоря. Эта обмотка создаёт МДС, направленную встречно МДС обмотки якоря. Поток якоря искажает магнитное поля, увеличивая поток под одним краем полюса и уменьшает под одним. В результате возникает большие градиенты напряжения между коллекторными пластинами, воздушный промежуток пробивается и возникает повышенное искрение.

Обмотка добавочных полюсов нужна для создания магнитного поля в зоне коммутации (под щётками). В зоне коммутации секции переходят из одной параллельной ветви в другую, т.е. получается разрыв электрической цепи. В момент коммутации ток изменяет направление на противоположное, т.к. процесс коммутации протекает очень быстро (мсек), то возникает большая ЭДС самоиндукции, процесс сопровождается повышенным искрением.

Сериесная обмотка устанавливается не на всех машинах, обычно на двигателях и на генераторах смешанного возбуждения (компаудные). В генераторах с ростом нагрузки напряжение уменьшается, чтобы скомпенсировать это уменьшение напряжение эта сериесная обмотка и применяется. С ростом тока растёт МДС сериесной обмотки, следовательно возрастает магнитный поток, это возрастание вызывает увеличение ЭДС. В двигателях: с ростом тока якоря происходит уменьшение магнитного потока за счёт размагничивающего действия реакции якоря. При уменьшении магнитного потока возрастают обороты, поэтому при больших нагрузках обороты не падают, а начинают возрастать, поэтому механическая характеристика получается с провалом.

«9»

Возрастание оборотов приводит к неустойчивому режиму работы. Для обеспечения устойчивости работы применяют лёгкую сериесную обмотку, которая с ростом нагрузки увеличивает магнитный поток.

Магнитное поле создаётся действием нескольких обмоток:

«10»

Если известна величина тока якоря, то при заданном токе возбуждения определяют величину плотности токов. Затем решают уравнение магнитного поля. Находят векторный потенциал. Находят напряжённость электрического поля в ОЯ. Находят ЭДС обмотки якоря при заданном токе возбуждения и токе якоря. Изменяя величину тока якоря при неизменном токе возбуждения можно найти напряжение на выходе генератора.

«11»

При построении внешних характеристик необходимо задавать пространственное распределение токов обмоток.

«12»

Исследуемая область разбивается на N интервалов, и на каждом интервале определяется ток и число проводников всех обмоток

Динамический режим мпт Включение цепи возбуждения мпт на постоянное напряжение

  1. ОВ МПТ обладает значительной индуктивностью, поэтому при включении ОВ на постоянное напряжение ток в цепи возбуждения нарастает в течении определённого времени.

Для моделировании этого режима используется следующая система уравнения:

«1»

Т.к. длина силовой линии потока рассеяния проходит по воздуху, а магнитное сопротивление воздуха много больше чем у стали, то очевидно поток рассеяния оказывается много меньше чем основной поток.

Для расчета переходного процесса надо решить указанную систему уравнений, причём возможны два варианта.

1 вариант: машина не насыщена. В этом случае зависимость между потокосцеплением и током является линейной, т.к. решается линейная задача. Следовательно потокосцепление можно записать так:

«2»

Если известны индуктивности, то имеем уравнение первого порядка, которое решается аналитическим способом.

«3»

Уравнение можно решить и численным способом:

«4»

Индуктивность обмотки возбуждения находится при решении уравнения магнитного поля.

«5»

Задают произвольное значение приращения тока в правой части

«6»

Т.к. машина не насыщена, насыщением мы пренебрегаем, то определение индуктивности возбуждения можно выполнить один раз (т.к. величина постоянная).

  1. Машина насыщена. В реальных условиях происходит насыщение магнитопровода. В этом случае индуктивность ОВ не остаётся постоянной, а уменьшается с ростом насыщения. По мере насыщения индуктивность растёт не в той степени. Если учитывать насыщение, то надо решать рассмотренную задачу на каждом временном интервале, при этом, зная векторный потенциал, можно рассчитать магнитную индукцию в зубцах, ярме статора и якоря. По значениям индукции определить соответствующие напряжённости магнитного поля, использую кривые намагничивания стали. Найти магнитную проницаемость ярма статора и якоря, зубцов. Наличие зубцов приводит к «увеличению воздушного зазора», а насыщение ярма приводит к возрастанию q, происходит насыщение.

Способы возбуждения машин постоянного тока

Возбуждение электрических машин постоянного тока, с использованием постоянных магнитов, создающих магнитный поток, который вращаясь в магнитном поле, способствует наведению ЭДС (электродвижущей силы), классифицирует магнитоэлектрические МПТ на два основных типа: независимого возбуждения и самовозбуждения. Действие происходит в якоре устройства и определяется как возбуждение.

Недостатки применения постоянных магнитов

  1. Небольшая величина индукции.
  2. Отсутствие регулирования параметров магнитного потока.

Магнитоэлектрические генераторы относятся к машинам малой мощности. Для изготовления постоянных магнитов используется высококачественный магнитный сплав, это может быть: альни (АН), альниси (АНК) или магнико, альнико (АНКО). Благодаря использованию этих металлов для изготовления постоянных магнитов, происходит сохранение первоначальных характеристик в течение длительного временного периода. Для магнитоэлектрических генераторов характерен небольшой расход меди, невысокие потери, малый вес и размеры, небольшие потери мощности, отсутствие потерь на возбуждение, высокий КПД. Главный недостаток машин магнитоэлектрического типа – сложность регулирования.

Использование электромагнитного способа возбуждения характеризуется прохождением постоянного тока по возбуждающей обмотке, состоящей из полюсов, соединенных последовательно. Рабочие параметры МПТ характеризуются методом возбуждения относительно к цепи якоря оборудования.

Главная квалификация МПТ различных типов, подразделяемых на двигатели и машины генераторного вида, подразделяется по принципу возбуждения:

  1. Машина, питаемая от стороннего источника будет считаться устройством независимого возбуждения.
  2. МПТ шунтовая, использующая для выполнения возбуждения параллельно соединенные обмотки.
  3. МПТ сериесная — возбуждение происходит за счет использования обмотки соединенной последовательно.
  4. МПТ компаудного или смешанного типа, сочетающая для выполнения возбуждения оба типа соединения машинных обмоток.

Генератор постоянного тока с независимым возбуждением

В случае, если обмотка или, как еще говорят, цепь возбуждения машины запитана от электросети, от аккумулятора или стороннего генератора, то она будет принадлежать к классу машин с возбуждением независимого типа.

На рисунке показано присоединение машины с независимым возбуждением.

В устройстве генератора, в схеме, в обязательном порядке присутствует, регулирующий Iвозб – реостат и нагрузочное сопротивление (R). К главным параметрам, по которым можно судить о качествах машины, относятся несколько видов характеристик, это: внешняя, регулировочная и параметр характеризующий работу генератора во время холостого хода.

Характеристика х. х. выражена через влияние Iвозб. на ЭДС электрической машины, количество оборотов остается неизменным. Она показывает величину напряжения на клеммах, U должно быть равным величине ЭДС якоря при отключенной цепи и свидетельствует о магнитной насыщенности, явлении гистерезиса на элементах устройства.

Внешняя характеристика определяется зависимостью величины U, замеренного на контактах МПТ от Iнагр, в то время как скорость и Rцепи возбужд., останутся неизменными.

Демонстрация регулировочной характеристикой в результате изменения Iвозб, показывает влияние на него Iраб.

Характеристика нагрузки демонстрирует влияние на U замеренного на клеммах машины Iвозб, она идентична с характеристикой х. х. С ее помощью определяется воздействие на магнитное поле якорного тока.

Характеристика генератора от Iк.з прослеживается по замкнутой цепи по данным амперметра, подключенного к якорной цепи, подвержена влиянию Iк.з. и тока находящегося в шунтовой обмотке.

Для оборудования такого типа представляет опасность возникновение короткого замыкания якорной обмотки, вследствие того, что Iк.з. намного больше значения Iном.

Использование генераторного оборудования независимого возбуждения желательно применять в случаях с важностью регулирования величины напряжения в самых широких границах, например, для питания электролитических ванн.

Cамовозбуждение генератора постоянного тока

В том случае, если энергия, нужная для возбуждения машины, берется из якоря самого устройства, то эта МПТ будет машиной с самовозбуждением.

На схемах ниже МПТ с самовозбуждением магнитного потока: а – параллельное, в – последовательное, с – смешанное возбуждение.

Обмотки возбуждения и якоря для любых самовозбуждающихся машин подразделяются на три типа и классифицируются по соединению, это:

  1. Шунтовые – параллельное соединение обмоток.
  2. Сериесные – последовательное соединение.
  3. Компаудные – со смешанным соединением.

Некоторые типы современных двигателей, при разных типах присоединений в сеть обмоток, подразумевают прямое подключение возбуждающей обмотки в электрическую сеть.

Генераторы шунтового типа параллельного возбуждения

Главное условие самовозбуждения заключается в появлении тока на полюсах и ярме генератора при использовании остаточного Φ (магнитного потока).

Вследствие данного явления, якорь совершает вращательное действие и приводит к появлению ЭДС, вызывающей Iвозб, способствует прекращению действия Ф. Возбуждение такого типа требует выполнение условий присутствия согласного действия остаточного Ф и потока приращения – это служит вторым условием самовозбуждения.

Падение напряжения характеризуется 3 главными условиями, это:

  1. Повышение Iя повышает IаRа, и снижает U.
  2. Появление реакции якоря приводит к понижению величин ЭДС и U.
  3. Понижение значения U приводит у снижению Iа и ЭДС.

Генератор сериесного типа с обмотками

В сериесных МПТ, характеристика х. х. снимается после поступления на обмотку напряжения от другого источника.

Внешняя характеристика показывает, как происходит повышение якорного тока и Iвозб. с повышением значения U, вследствие влияния на нее увеличения нагрузки. Насыщение электротехнической стали в магнитопроводе препятствует повышению Ф. После появления реакции якоря и явления падения напряжения, происходит уменьшение напряжения. Использование таких машин происходит крайне редко, в экстраординарных случаях.

Компаундное возбуждение

В конструкции оборудования присутствует две обмотки: одна со свойствами от параллельного генератора, выполняющая базовую функцию, и обмотка со свойствами последовательного генератора, используемая в виде дополнительной обмотки возбуждения. Обе обмотки сообщают машине свойства обоих типов машин. Кроме того, в конструкции, кроме основного комплекта щеток, имеется вспомогательный щеточный механизм, сдвинутый на угол 90о.

Последовательно соединенные обмотки сериесной машины дает ей возможность увеличить значение Ф сообразно величине I, следующему по этой обмотке.

Характеристика х.х. этой машины похожа на характеристику шунтовой обмотки, Ф соответствует Uном во время холостого тока.

Согласное присоединение обмоток, суммирующее магнитодвижущие силы, если используется встречное (дифференциальное) подключение, способствует созданию эффекта резкого падения напряжения, это действие видно из внешней характеристики.

Присоединение согласным способом подразумевает, что базовая функция отводится обмотке, присоединенной в параллель, компенсирующая роль выполняется обмоткой с качествами, характерными для сериесной машины, это способствует размагничиванию реакции якоря и предотвращает процесс падения U. Таким образом, происходит регулировка U в заданных нагрузочных границах, автоматически.

Встречное присоединение используется при достижении крутопадающей характеристики в моделях генераторов, используемых для сварки.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

Обмотка возбуждения двигателя постоянного тока. Вольдек. Электрические машины

Жаропонижающие средства для детей назначаются педиатром. Но бывают ситуации неотложной помощи при лихорадке, когда ребенку нужно дать лекарство немедленно. Тогда родители берут на себя ответственность и применяют жаропонижающие препараты. Что разрешено давать детям грудного возраста? Чем можно сбить температуру у детей постарше? Какие лекарства самые безопасные?

Двигатели постоянного тока в зависимости от способов их воз­буждения, как уже отмечалось, делятся на двигатели с независимым , параллельным (шунтовым), последовательным (сериесным) и смешанным (компаундным) возбуждением.

Двигатели независимого возбуждения , требуют два источника питания (рис.11.9,а). Один из них необходим для питания обмотки якоря (выводы Я1 и Я2 ), а другой — для создания тока в обмотке возбуждения (выводы обмотки Ш1 и Ш2 ). Дополнительное сопротивление в цепи обмотки якоря необходимо для уменьшения пускового тока двигателя в момент его включения.

С независимым возбуждением выполняются в основном мощные электрические двигатели с целью более удобного и экономичного регулирования тока возбуждения. Сечение провода обмотки возбуждения определяется в зависимости от напряжения ее источника питания. Особенностью этих машин является независимость тока возбуждения, а соответственно и основного магнитного потока, от нагрузки на валу двигателя.

Двигатели с независимым возбуждением по своим характеристикам практически совпадают с двигателями параллельного возбуждения.

Двигатели параллельного возбуждения включаются в соответствии со схемой, показанной на рис.11.9,б. Зажимы Я1 и Я2 относятся к обмотке якоря, а зажимы Ш1 иШ2 — к обмотке возбуждения (к шунтовой обмотке). Переменные сопротивления и предназначены соответственно для изменения тока в обмотке якоря и в обмотке возбуждения. Обмотка возбуждения этого двигателя выполняется из большого количества витков медного провода сравнительно малого сечения и имеет значительное сопротивление. Это позволяет подключать ее на полное напряжение сети, указанное в паспортных данных.

Особенностью двигателей этого типа является то, что при их работе запрещается отсоединять обмотку возбуждения от якорной цепи . В противном случае при размыкании обмотки возбуждения в ней появится недопустимое значение ЭДС, которое может привести к выходу из строя двигателя и к поражению обслуживающего персонала. По той же причине нельзя размыкать обмотку возбуждения и при выключении двигателя, когда его вращение еще не прекратилось.

С увеличением частоты вращения добавочное (дополнительное) сопротивление Rд в цепи якоря следует уменьшать, а при достижении установившейся частоты вращения – вывести полностью.

Рис.11.9. Виды возбуждения машин постоянного тока,

а — независимого возбуждения, б — параллельного возбуждения,

в — последовательного возбуждения, г — смешанного возбуждения.

ОВШ — обмотка возбуждения шунтовая, ОВС — обмотка возбуждения сериесная,» ОВН — обмотка независимого возбуждения, Rд -дополнительное сопротивление в цепи обмотки якоря, Rв- дополнительное сопротивление в цепи обмотки возбуждения.

Отсутствие дополнительного сопротивления в обмотке якоря в момент пуска двигателя может привести к появлению большого пускового тока, превышающего номинальный ток якоря в 10. 40 раз .

Важным свойством двигателя параллельного возбуждения служит практически постоянная его частота вращения при изменении нагрузки на валу якоря. Так при изменении нагрузки от холостого хода до номинального значения частота вращения уменьшается всего лишь на (2.. 8)% .

Второй особенностью этих двигателей служит экономичное регулирование частоты вращения, при котором отношение наибольшей скорости к наименьшей может составлять 2:1 , а при специальном исполнении двигателя — 6:1 . Минимальная частота вращения ограничивается насыщением магнитной цепи, которое не позволяет уже увеличивать магнитный поток машины, а верхний предел частоты вращения определяется устойчивостью машины — при значительном ослаблении магнитного потока двигатель может пойти «вразнос» .

Двигатели последовательного возбуждения (сериесные) включаются по схеме, (рис.11.9, в). Выводы С1 и С2 соответствуют сериесной (последовательной) обмотке возбуждения. Она выполняется из сравнительно малого числа витков в основном медного провода большого сечения. Обмотка возбуждения соединяется последовательно с обмоткой якоря . Дополнительное сопротивление в цепи обмоток якоря и возбуждения позволяет уменьшить пусковой ток и производить регулирование частоты вращения двигателя. В момент включения двигателя оно должно иметь такую величину, при которой пусковой ток будет составлять (1,5. 2,5)Iн . После достижения двигателем установившейся частоты вращения дополнительное сопротивление выводится, то есть устанавливается равным нулю.

Эти двигатели при пуске развивают большие пусковые моменты вращения и должны запускаться при нагрузке не менее 25% ее номинального значения. Включение двигателя при меньшей мощности на его валу и тем более в режиме холостого хода не допускается . В противном случае двигатель может развить недопустимо большие обороты, что вызовет выход его из строя . Двигатели этого типа широко применяются в транспортных и подъемных механизмах, в которых необходимо изменять частоту вращения в широких пределах.

Двигатели смешанного возбуждения (компаундные), занимают промежуточное положение между двигателями параллельного и последовательного возбуждения (рис.11.9, г). Большая принадлежность их к тому или другому виду зависит от соотношения частей основного потока возбуждения, создаваемых параллельной или последовательной обмотками возбуждения. В момент включения двигателя для уменьшения пускового тока в цепь обмотки якоря включается дополнительное сопротивление . Этот двигатель обладает хорошими тяговыми характеристиками и может работать в режиме холостого хода.

Прямое (безреостатаное) включение двигателей постоянного тока всех видов возбуждения допускается мощностью не более одного киловатта.

Обозначение машин постоянного тока

В настоящее время наиболее широкое распространение получили машины постоянного тока общего назначения серии и наиболее новой серии 4П. Кроме этих серий выпускаются двигатели для крановых, экскаваторных, металлургических и других приводов серии Д. Изготавливаются двигатели и специализированных серий .

Двигатели серий и подразделяются по оси вращения, как это принято для асинхронных двигателей переменного тока серии . Машины серии имеют 11 габаритов, отличающихся по высоте вращения оси от 90 до 315 мм. Диапазон мощностей машин этой серии составляет от 0,13 до 200 кВт для электрических двигателей и от 0,37 до 180 кВт для генераторов. Двигатели серий 2П и 4П рассчитываются на напряжение 110, 220, 340 и 440 В. Их номинальные частоты вращения составляют 750, 1000, 1500,2200 и 3000 об/мин.

Каждый из 11 габаритов машин серии имеет станины двух длин (М и L ).

Электрические машины серии имеют лучшие некоторые технико — экономические показатели по сравнению с серией . трудоемкость изготовления серии по сравнению с снижена в 2,5. 3 раза. При этом расход меди снижается на 25. 30 %. По ряду конструктивных особенностей, в том числе по способу охлаждения, по защите от атмосферных воздействий, по использованию отдельных деталей и узлов машины серии унифицированы с асинхронными двигателями серии иАИ .

Обозначение машин постоянного тока (как генераторов, так и двигателей) представляется следующим образом:

где — серия машины постоянного тока;

XI — исполнение по типу защиты: Н — защищенное с само­вентиляцией, Ф — защищенное с независимой вентиля­цией, Б — закрытое с естественным охлаждением, О — закрытое с обдувом от постороннего вентилятора;

Х2 — высота оси вращения (двухзначное или трехзначное число) в мм;

ХЗ — условная длина статора: М — первая, L — вторая, Г — с тахогенератором;

В качестве примера можно привести обозначение двигателя 2ПН112МГУ — двигатель постоянного тока серии , защищенного исполнения с самовентиляцией Н ,112 высота оси вращения в мм, первый размер статораМ , укомплектован тахогенератором Г , используется для умеренного климатаУ .

По мощностям электрические машины постоянного тока условно могут быть подразделены на следующие группы :

Микромашины ………………………. меньше 100 Вт,

Мелкие машины ………………………от 100 до 1000 Вт,

Машины малой мощности…………..от 1 до 10 кВт,

Машины средней мощности………..от 10 до 100 кВт,

Крупные машины……………………..от 100 до 1000 кВт,

Машины большой мощность……….более 1000 кВт.

По номинальным напряжениям электрические машины подразделяются условно следующим образом:

Низкого напряжения…………….меньше 100 В,

Среднего напряжения ………….от 100 до 1000 В,

Высокого напряжения……………выше 1000В.

По частоте вращения машины постоянного тока могут быть представлены как:

Тихоходные…………….менее 250 об/мин.,

Средней скорости………от 250 до 1000 об/мин.,

Быстроходные………….от 1000 до 3000 об/мин.

Сверхбыстроходные…..выше 3000 об/мин.

Задание и методика выполнения работы.

1.Изучить устройство и назначение отдельных частей электри­ческих машин постоянного тока.

2.Определить выводы машины постоянного тока, относящиеся к обмотке якоря и к обмотке возбуждения.

Выводы, соответствующие той или иной обмотке, могут быть определены мегомметром, омметром или с помощью электрической лампочки. При использовании мегомметра один его конец присоединяется к одному из выводов обмоток, а другим поочередно касаются к остальным. Измеренное сопротивление, равное нулю, укажет на соответствие двух выводов одной обмотки.

3.Распознать по выводам обмотку якоря и обмотку возбуждения. Определить вид обмотки возбуждения (параллельного возбуждения или последовательного).

Этот опыт можно осуществить с помощью электрической лампочки, подключаемой последовательно с обмотками Постоянное напряжение следует подавать плавно, постепенно повышая его до указанного номинального значения в паспорте машины.

С учетом малого сопротивления якорной обмотки и обмотки последовательного возбуждения лампочка загорится ярко, а их сопротивления, измеренные мегомметром (или омметром) будут практически равны нулю.

Лампочка, соединенная последовательно с параллельной обмоткой возбуждения, будет гореть тускло. Значение сопротивления параллельной обмоткой возбуждения должно находиться в пределах 0,3. 0,5 кОм .

Выводы якорной обмотки можно распознать путем присоединения одного конца мегомметра к щеткам, касаясь при этом другим его концом к выводам обмоток на щитке электрической машины.

Выводы обмоток электрической машины следует обозначить на изображенной в отчете условной этикетке выводов.

Измерить сопротивления обмоток и сопротивление изоляции. Сопротивление обмоток можно измерить по схеме амперметра и вольтметра. Сопротивление изоляции между обмотками и обмотками относительно корпуса проверяется мегомметром, рассчитанным на напряжение 1 кВ. Сопротивление изоляции между обмоткой якоря и обмоткой возбуждения и между ними и корпусом должно быть не ниже 0,5 МОм . Данные замеров отобразить в отчете.

Изобразить условно в поперечном разрезе главные полюсы с обмоткой возбуждения и якорь с витками обмотки, находящимися под полюсами (подобно рис.11.10). Самостоятельно принять направление тока в обмотках возбуждения и якоря. Указать при этих условиях направление вращения двигателя.

Рис. 11.10. Двухполюсная машина постоянного тока:

1 — станина; 2 -якорь; 3 — главные полюсы; 4 — об­мотка возбуждения; 5 — полюсные наконечники; 6 — обмотка якоря; 7 — коллектор; Ф — основной магнитный поток; F — сила, действующая на проводники обмотки якоря.

Контрольные вопросы и задания для самостоятельной подготовки

1: Объяснить устройство и принцип действия двигателя и гене­ратора постоянного тока.

2. Пояснить назначение коллектора машин постоянного тока.

3.Дать понятие полюсного деления и привести выражение для его определения.

4.Назвать основные виды обмоток, применяемых в машинах постоянного тока, и знать способы их выполнения.

5.Указать основные достоинства двигателей параллельного воз­буждения.

6.Каковы конструктивные особенности обмотки параллельного возбуждения по сравнению с обмоткой последовательного возбуждения?

7.В чем особенность пуска двигателей постоянного тока после­довательного возбуждения?

8.Сколько параллельных ветвей имеют простая волновая и простая петлевая обмотки машин постоянного тока?

9.Как обозначаются машины постоянного тока? Привести пример обозначения.

10.Какой величины допускается сопротивление изоляции между обмотками машин постоянного тока и между обмотками и корпусом?

11.Какой величины может достигнуть ток в момент пуска двигателя при отсутствии дополнительного сопротивления в цепи обмотки якоря?

12.Какой величины допускается пусковой ток двигателя?

13.В каких случаях допускается пуск двигателя постоянного тока без дополнительного сопротивления в цепи обмотки якоря?

14.За счет чего можно изменить ЭДС генератора независимого возбуждения?

15.Каково назначение дополнительных полюсов машины постоянного тока?

16.При каких нагрузках допускается включение двигателя пос­ледовательного возбуждения?

17.Чем определяется величина основного магнитного пото­ка?

18.Написать выражения ЭДС генератора и момента вращения двигателя. Дать понятие входящих в них составляющих.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 12.

Свойства электродвигателей постоянного тока определяются в основном способом включения обмотки возбуждения. В зависимости от этого различают электродвигатели:

с независимым возбуждением : обмотка возбуждения питается от постороннего источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя) ;

с параллельным возбуждением : обмотка возбуждения подключена параллельно обмотке якоря;

с последовательным возбуждением : обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря;

со смешанным возбуждением : он имеет две обмотки возбуждения, одна подключена параллельно обмотке якоря, а другая — последовательно с ней.

Все эти электродвигатели имеют одинаковое устройство и отличаются лишь выполнением обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения указанных электродвигателей выполняют так же, как у соответствующих генераторов.

Электродвигатель с независимым возбуждением . В этом электродвигателе (рис. 125, а) обмотка якоря подключена к основному источнику постоянного тока (сети постоянного тока, генератору или выпрямителю) с напряжением U, а обмотка возбуждения — к вспомогательному источнику в напряжением U B . В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат R рв, а в цепь обмотки якоря — пусковой реостат R П. Регулировочный реостат служит для регулирования частоты вращения якоря двигателя, а пусковой — для ограничения тока в обмотке якоря при пуске. Характерной особенностью электродвигателя является то, что его ток возбуждения I в не зависит от тока I я в обмотке якоря (тока нагрузки). Поэтому, пренебрегая размагничивающим действием реакции якоря, можно приближенно считать, что и поток двигателя Ф не зависит от нагрузки. При этом условии согласно формулам (63′) и (65) получим, что зависимости электромагнитного момента М и частоты вращения п от тока I я будут линейными (рис. 126, а). Следовательно, линейной будет и механическая характеристика двигателя — зависимость п (М) (рис. 126,б).

При отсутствии в цепи якоря реостата с сопротивлением R П скоростная и механическая характеристики будут жесткими, т. е. с малым углом наклона к горизонтальной оси, так как падение напряжения I я? R я в обмотках машины, включенных в цепь якоря, при номинальной нагрузке составляет лишь 3-5 % от U HOM . Эти характеристики (прямые 1 на рис. 126, а и б) называются естественными . При включении в цепь якоря реостата с сопротивлением R П угол наклона этих характеристик возрастает, вследствие чего можно получить семейство реостатных характеристик 2, 3 и 4, соответствующих различным

значениям R п1 , R п2 и R п3 . Чем больше сопротивление R п, тем больший угол наклона имеет реостатная характеристика, т. е. тем она мягче.

Регулировочный реостат R рв позволяет изменять ток возбуждения двигателя I в и его магнитный поток Ф. Как следует из формулы (65), при этом будет изменяться и частота вращения п. В цепь обмотки возбуждения никаких выключателей и предохранителей не устанавливают, так как при разрыве этой цепи резко уменьшается магнитный поток электродвигателя (в нем остается лишь поток от остаточного магнетизма) и возникает аварийный режим. Если электродвигатель работает при холостом ходе или небольшой нагрузке на валу, то частота вращения, как следует из формулы (65), резко возрастает (двигатель идет вразнос). При этом сильно увеличивается ток в обмотке якоря I я [см. формулу (66)] и может возникнуть круговой огонь. Во избежание этого защита должна отключить электродвигатель от источника питания. Резкое увеличение частоты вращения при обрыве цепи обмотки возбуждения объясняется тем, что в этом случае резко уменьшаются магнитный поток Ф (до значения потока Ф ост от остаточного магнетизма) и э. д. с. Е и возрастает ток I я. А так как приложенное напряжение U остается неизменным, то частота вращения п будет увеличиваться до тех пор, пока э. д. с. Е не достигнет значения, приблизительно равного U (что необходимо для равновесного состояния электрической цепи якоря, при котором E=U — I я? R я).

При нагрузке на валу, близкой к номинальной, электродвигатель в случае разрыва цепи возбуждения остановится, так как электромагнитный момент, который может развить двигатель при значительном уменьшении магнитного потока, уменьшается [см. формулу (63″)] и станет меньше нагрузочного момента на валу. В этом случае так же резко увеличивается ток I я [так как в формуле (64) э. д. с. Е будет равна нулю], и машина должна быть отключена от источника питания.

Следует отметить, что частота вращения n 0 соответствует идеальному холостому ходу, когда двигатель не потребляет из сети электрической энергии и его электромагнитный момент равен нулю. В реальных условиях в режиме холостого хода двигатель потребляет из сети ток холостого хода I 0 , необходимый для компенсации внутренних потерь мощности (см. § 25), и развивает некоторый момент М 0 , требуемый для преодоления сил трения в машине. Поэтому в действительности частота вращения при холостом ходе меньше nо.

Зависимость частоты вращения n и электромагнитного момента М от мощности Р 2 (рис. 126, в) на валу двигателя, как следует из рассмотренных соотношений, является линейной. Зависимости тока обмотки якоря I я и мощности Р 1 от Р 2 также практически линейны. Ток I я и мощность Р 1 при Р 2 = 0 представляют собой ток холостого хода I 0 и мощность Р 0 , потребляемую при холостом ходе. Кривая к. п. д. имеет характер, общий для всех электрических машин (см. § 37).

Электродвигатель с параллельным возбуждением. В этом электродвигателе (см. рис. 125, б) обмотки возбуждения и якоря питаются от одного и того же источника электрической энергии с напряжением U. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат R рв, а в цепь обмотки якоря — пусковой реостат R п. В рассматриваемом электродвигателе имеет место, по существу, раздельное питание цепей обмоток якоря и возбуждения, вследствие чего ток возбуждения I в не зависит от тока обмотки якоря I в. Поэтому электродвигатель с параллельным возбуждением будет иметь такие же характеристики, как и двигатель с независимым возбуждением. Однако двигатель с параллельным возбуждением работает нормально только при питании от источника постоянного тока с неизменным напряжением.

При питании электродвигателя от источника с изменяющимся напряжением (генератор или управляемый выпрямитель) уменьшение питающего напряжения U вызывает соответствующее уменьшение тока возбуждения I в и магнитного потока Ф, что приводит к увеличению тока обмотки якоря I я [см. формулу (66) ]. Это ограничивает возможность регулирования частоты вращения якоря путем изменения питающего напряжения U. Поэтому электродвигатели, предназначенные для питания от генератора или управляемого выпрямителя, должны иметь независимое возбуждение.

Электродвигатель с последовательным возбуждением. Для ограничения тока при пуске в цепь обмотки якоря включен пусковой реостат R п (рис. 127, а), а для регулирования частоты вращения

параллельно обмотке возбуждения может быть включен регулировочный реостат R рв. Характерной особенностью этого электродвигателя является то, что его ток возбуждения I в равен или пропорционален (при включении реостата R рв) току обмотки якоря I я, поэтому магнитный поток Ф зависит от нагрузки двигателя (рис. 127,б).

При токе обмотки якоря I я, меньшем (0,8-0,9) номинального тока I ном, магнитная система машины не насыщена и можно считать, что магнитный поток Ф изменяется прямо пропорционально току I я. Поэтому скоростная характеристика электродвигателя будет мягкая — с увеличением тока I я частота вращения n будет резко уменьшаться (рис. 128, а). Уменьшение частоты вращения n, как следует из формулы (65), происходит из-за увеличения падения напряжения I я?R я во внутреннем сопротивлении? R я цепи обмотки якоря, а также из-за увеличения магнитного потока Ф.

Электромагнитный момент М при увеличении тока I я будет резко возрастать, так как в этом случае увеличивается и магнитный поток Ф, т. е. момент М будет пропорционален току I я. Поэтому при токе I я, меньшем (0,8-0,9) I ном, скоростная характеристика имеет форму гиперболы, а моментная — параболы.

При токах I я > I ном зависимости М и п от I я линейны, так как в этом режиме магнитная цепь будет насыщена и магнитный поток Ф при изменении тока I я меняться не будет.

Механическая характеристика, т. е. зависимость п от М (рис. 128,6), может быть построена на основании зависимостей n и М от I я. Кроме естественной характеристики 1, можно путем включения в цепь обмотки якоря реостата с сопротивлением R п получить семейство реостатных характеристик 2, 3 и 4. Эти характеристики соответствуют различным значениям R п1 , R п2 и R п3 ; при этом чем больше R п, тем ниже располагается характеристика. Механическая характеристика рассматриваемого двигателя мягкая и имеет гиперболический характер. При малых нагрузках магнитный поток Ф сильно уменьшается, частота вращения n резко возрастает и может превысить максимально допустимое значение (двигатель идет вразнос). Поэтому такие двигатели нельзя применять для привода механизмов, работающих в режиме холостого хода и при небольшой нагрузке (различные станки, транспортеры и пр.). Обычно минимально допустимая нагрузка для двигателей большой и средней мощности составляет (0,2-0,25) I ном. Чтобы предотвратить возможность работы двигателя без нагрузки, его соединяют с приводным механизмом жестко (зубчатой передачей или глухой муфтой); применение ременной передачи или фрикционной муфты недопустимо.

Несмотря на указанный недостаток, двигатели с последовательным возбуждением широко применяют, особенно там, где имеют место изменения нагрузочного момента в широких пределах и тяжелые условия пуска: во всех тяговых приводах (электровозы, тепловозы, электропоезда, электрокары, электропогрузчики и пр.), а также в приводах грузоподъемных механизмов (краны, лифты и пр.). Объясняется это тем, что при мягкой характеристике увеличение нагрузочного момента приводит к меньшему возрастаний тока и потребляемой мощности, чем у двигателей с независимым и параллельным возбуждением; поэтому двигатели с последовательным возбуждением лучше переносят перегрузки. Кроме того, эти двигатели имеют большой пусковой момент, чем двигатели с параллельным и независимым возбуждением, так как при увеличении тока обмотки якоря при пуске соответственно увеличивается и магнитный поток.

Если принять, например, что кратковременный пусковой ток может в 2 раза превышать номинальный рабочий ток машины, и пренебречь влиянием насыщения, реакцией якоря и падением напряжения в цепи его обмотки, то в двигателе с последовательным возбуждением пусковой момент будет в 4 раза больше номинального (в 2 раза увеличиваются и ток, и магнитный поток), а в двигателях с независимым и параллельным возбуждением — только в 2 раза больше. В действительности из-за насыщения магнитной цепи магнитный поток не увеличивается пропорционально току, но все же пусковой момент двигателя с последовательным возбуждением при прочих равных условиях будет значительно больше пускового момента такого же двигателя с независимым или параллельным возбуждением.

Зависимости п и М от мощности Р 2 на валу электродвигателя (рис. 128, в), как следует из рассмотренных выше положений, являются нелинейными; зависимости P 1 , I я и? от Р 2 имеют такую же форму, как и у двигателей с параллельным возбуждением.

Электродвигатель со смешанным возбуждением. В этом электродвигателе (рис. 129, а) магнитный поток Ф создается в результате совместного действия двух обмоток возбуждения — параллельной (или независимой) и последовательной, по которым проходят токи возбуждения I в1 и I в2 = I я. Поэтому

Ф = Ф посл + Ф пар

Ф посл — магнитный поток последовательной обмотки, зависящий от тока I я;

Ф пар — магнитный поток параллельной обмотки, который не зависит от нагрузки (определяется током возбуждения I в1).

Механическая характеристика электродвигателя со смешанным возбуждением (рис. 129,б) располагается между характеристиками двигателей с параллельным (прямая 1) и последовательным (кривая 2) возбуждением. В зависимости от соотношения магнитодвижущих сил параллельной и последовательной обмоток при номинальном режиме можно приблизить характеристики двигателя со смешанным возбуждением к характеристике 1 (кривая 3 при малой м. д. с. последовательной обмотки) или к характеристике 2
(кривая 4 при малой м. д. с. параллельной обмотки). Достоинством двигателя со смешанным возбуждением является то, что он, обладая мягкой механической характеристикой, может работать при холостом ходе, когда Ф посл = 0. В этом режиме частота вращения его якоря определяется магнитным потоком Ф пар и имеет ограниченное значение (двигатель не идет вразнос).

Существует несколько возможных разновидностей построения эл моторов, работающих от источника постоянного напряжения. Принцип их действия одинаков, а отличия заключаются в особенностях подключения обмотки возбуждения (ОВ) и якоря (Я).

Свое название эл двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением получил потому, что его обмотка Я и ОВ соединяются друг с другом именно таким образом. Электродвигатель такой разновидности обеспечивает нужные режимы, превосходя изделия последовательного и смешанного типов тогда, когда требуется практически постоянная скорость его функционирования.

Построение двигателя и область его применения

Схема электродвигателя рассматриваемого типа изображена ниже.

  • общий ток, потребляемый эл мотором от источника, составляет I = I Я + I В, где I Я, I В – токи через якорь, обмотку возбуждения, соответственно;
  • одновременно I В не зависит от I Я, то есть не зависит от нагрузки.

Принцип действия электромотора определяет его тяговые свойства. Устройство применяется тогда, когда пуск не требует обеспечения высокого момента, то есть когда режимы эксплуатации приводных механизмов не предполагают создание больших стартовых нагрузок. Это типично для станков и вентиляторов.

Для практики ценны такие полезные тяговые параметры подобных эл механизмов как

  • устойчивость работы при колебаниях нагрузки;
  • высокая экономичность из-за того, что I Я не протекает через ОВ.

Пуск при недостаточном моменте обеспечивается переходом на схему смешанного типа.

Поведение электромотора при изменении нагрузок

Механическая характеристика показывает устойчивость работы электромотора в широком диапазоне изменения нагрузок, описывая зависимость момента, создаваемого эл двигателем, от скорости функционирования вала.

Тяговые характеристики механизма рассматриваемого типа позволяют сохранить величину момента при значительных изменения числа оборотов вала. Обычно тяговые параметры агрегата должен обеспечивать уменьшение этого параметра не более чем на 5 %. Несложное исследование демонстрирует: тормозные параметры из-за обратимости процессов оказываются аналогичными. Эти положения распространяются также на случай применения смешанного возбуждения.

Говоря иными словами, для такого эл мотора характерна жесткая характеристика. Такой характер работы считается важным преимуществом агрегата рассматриваемого типа.

Разновидности подходов к регулированию частоты вращения

Принцип действия параллельного включения обмоток обеспечивает плавный пуск в сочетании с большим диапазоном изменения количества оборотов вала в процессе работы с помощью реостатов. Они же обеспечивают нормальный пуск двигателя ограничением тока.

Для агрегатов параллельного типа используются способы управления скоростью функционирования изменением:

  • магнитного потока главных полюсов;
  • сопротивления цепи якоря;
  • подаваемого на него напряжения.

Объектом воздействия являются обмотка возбуждения, обмотка якоря, его рабочее напряжение.

Изменение магнитного потока осуществляется с помощью последовательного реостата R Р. При увеличении его сопротивления ОВ пропускает меньший ток, что сопровождается уменьшением магнитного потока. Внешним проявлением такого действия становится наращивание числа оборотов Я на холостом ходу. Исследование показывает, что происходит увеличение угла наклона характеристики.

Второй принцип основан на включении в цепь питания якоря дополнительного последовательного регулировочного реостата. При увеличении его сопротивления скорость вращения Я уменьшается, тогда как его естественная механическая характеристика приобретает больший наклон. Из-за последовательного включения с основной обмоткой реостата дополнительного сопротивления, на котором рассеивается значительная мощность, происходит заметное падение экономичности.

Третий принцип сопровождается определенным усложнением схемных решений и требует применения отдельного регулируемого источника питания с сохранением возможности раздельного регулирования. В случае его применения в реальных условиях возможно только уменьшение частоты вращения вала.

Двигатель с независимым возбуждением

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения реализует третий подход к регулированию и интересен тем, что ОВ и М питаются от разных источников, схема его представлена ниже.

Для моторов в данном конструктивном исполнении I в устанавливается неизменным, а меняется только напряжение, приложенное к М. Это сопровождается изменением числа оборотов вала на холостом ходу, но жесткость характеристики изменений не претерпевает.

Принцип действия такого агрегата за счет независимого функционирования двух источников оказывается более сложным. Однако, его применение дает такие важные для практики преимущества как

  • плавное экономичное управление скоростью функционирования с большой глубиной;
  • пуск мотора при пониженном напряжении без реостата.

В случае, если пуск происходит на нормальном напряжении, реостат ограничивает величину I в.

Исследование показывает, что максимальное значение числа оборотов ограничено только сопротивлением М, а минимальное — условиями отвода выделяемого тепла в процессе работы.

Характеристики в части энергопотребления и скорости срабатывания управляющей системы улучшаются в случае последовательного включения с М различных тиристорных регуляторов. Для установки числа оборотов вала и их стабилизации в процессе приведения в движение различных механизмов находят применение различные способы. Их общим характерным признаком является включение тиристорного регулятора в цепь частотной отрицательной обратной связи. Пуск такого агрегата требует реализации специальных процедур.

Заключение

Двигатель с параллельным возбуждением является очень гибким приводным механизмом и может использоваться в очень большом количестве областей там, где не требуются большие моменты при старте. Имеет несложные и надежные цепи регулирования скорости вращения, отличается простотой запуска.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *