Оглавление. Однофазные и трехфазные электрические цепи. Магнитные цепи Действующие значения синусоидального тока, эдс и напряжения Средние значения синусоидального тока, эдс и напряжения 3
 Скачать 7.93 Mb.
|
|
n=f(M) (рис. 4) – прямая, параллельная оси абсцисс. образные характеристики синхронного двигателя (регулирование реактивного тока и реактивной мощности). Как при увеличении, таки приуменьшении тока возбуждения по сравнению сего номинальным значением значение тока статора увеличивается. Графически зависимость I = в) похожа на букву U, поэтому она получила название образной характеристики. образные характеристики строят при условии U c , M = const. Каждый синхронный двигатель имеет семейство образных характеристик для различных значений момента M и мощности P. Пример такого семейства представлен на рис. Рисунок 3. Угловая характеристика синхронного двигателя. Рисунок 4. Механическая характеристика синхронного двигателя Рисунок 5. Семейство образных характеристик синхронного двигателя -56- 20. Устройство и принцип действия генератора постоянного тока. Генераторы постоянного тока представляют собой обычные индукционные генераторы, снабженные особым приспособлением — так называемым коллектором дающим возможность превратить переменное напряжение на зажимах (щетках) машины в постоянное. Концы якоря соединены с двумя полукольцами, разделенными изолирующим материалом и надетыми на общий цилиндр, который вращается на одной оси с рамкой. К вращающимся полукольцам прижимаются пружинящие контакты (щетки, с помощью которых индукционный ток отводится во внешнюю сеть. При каждом полуобороте рамки концы ее, припаянные к полукольцам, переходят с одной щетки на другую, а направление индукционного тока в рамке меняется. Поэтому, если переключения в коллекторе происходят в те же моменты времени, когда меняется направление тока в рамке, то одна из щеток всегда будет являться положительным полюсом генератора, а другая — отрицательным, те. во внешней цепи будет идти ток, не меняющий своего направления. В этом случае напряжение на зажимах генератора, хотя и является прямым, те. не меняет своего направления, но все время меняется от нуля до максимального значения. Такое напряжение и соответствующий ему ток часто называют прямым пульсирующим током. Нетрудно сообразить, что напряжение или ток проходят весь цикл своих изменений за время одного полупериода переменной ЭДС в обмотках генератора. Иначе говоря, частота пульсаций вдвое больше частоты переменного тока. Чтобы сгладить эти пульсации и сделать напряжение постоянным, якорь генератора составляют из большого числа отдельных катушек, или секций, сдвинутых на определенный угол друг относительно друга, а коллектор составляют из соответствующего числа пластин, лежащих на поверхности цилиндра, вращающегося на общем валу с якорем. Концы каждой секции якоря припаиваются к соответствующей паре пластин, разделенных изолирующим материалом. Такой якорь называют якорем барабанного типа. Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения и их электрические схемы. Генераторы постоянного тока подразделяются на генераторы с независимым возбуждением и самовозбуждением. Генераторы первого типа выполняются с электромагнитными магнитоэлектрическим возбуждением. В генераторах с электромагнитным возбуждением обмотка возбуждения, располагаемая на главных полюсах, подключается к независимому источнику питания (риса. Ток вцепи возбуждения в может изменяться в широких Рисунок 7. Зависимость напряжения на зажимах генератора постоянного тока от времени Рисунок 6. Схема генератора постоянного тока 1 — полукольца коллектора, 2 — вращающийся якорь (рамка, 3 — щетки для съема индукционного тока -57- пределах с помощью переменного резистора R a . Мощность, потребляемая обмоткой возбуждения, невелика ив номинальном режиме составляет 1-5 % номинальной мощности якоря генератора. Обычно процентное значение мощности возбуждения уменьшается с возрастанием номинальной мощности машины. Генераторы с магнитоэлектрическим возбуждением возбуждаются постоянными магнитами, из которых изготовляются полюсы машины. С таким видом возбуждения выполняются генераторы относительно небольшой мощности, которые применяются в специальных случаях. Недостатком генераторов с магнитоэлектрическим возбуждением является трудность регулирования напряжения. У генераторов с самовозбуждением обмотка возбуждения получает питание от собственного якоря. В зависимости от способа ее включения генераторы с самовозбуждением подразделяются на генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением Схема соединения генератора параллельного возбуждения показана на рис. б. Переменный резистор R B дает возможность изменять ток возбуждения в и, следовательно, выходное напряжение. Ток якоря I a у этого генератора равен I a = I + в, где I - ток нагрузки. Ток возбуждения относительно мал и для номинального режима составляет 1-5 % номинального тока машины. У генератора последовательного возбуждения обмотка возбуждения соединяется последовательно с якорем и ее ток возбуждения равен току якоря и току нагрузки I в =I а =I рис. 8в). У генераторов смешанного возбуждения (рис. г) на полюсах размещаются две обмотки. Одна из них, имеющая большое число витков и выполненная из проводников относительно небольшого сечения, включается параллельно с якорем, а другая обмотка с малым числом витков из проводников большого сечения включается последовательно с якорем. Ток якоря такого генератора равен I a = I + I в У этих генераторов параллельная и последовательная обмотки могут быть включены согласно (МДС этих обмоток направлены одинаково) и встречно (их МДС направлены противоположно. В зависимости от этого различаются генераторы смешанного согласного включения и генераторы смешанного встречного включения. Обычно в генераторах смешанного возбуждения основная часть МДС возбуждения создается параллельной обмоткой. Генераторы параллельного, последовательного и смешанного возбуждения иногда называют соответственно генераторами шунтового, сериесного и компаундного возбуждения. Сравнение внешних и характеристик генераторов постоянного тока с различными схемами возбуждения. Внешняя характеристика представляет собой зависимость напряжения на зажимах генератора оттока нагрузки. Эта характеристика соответствует естественным условиям работы машины, те. машина нерегулируема (сопротивление цепи возбуждения r в постоянно) и снимается при неизменной скорости вращения. Для генераторов независимого возбуждения при постоянном r в неизменен также и ток возбуждения в. Внешние характеристики такого генератора показаны на рис. Кривая 1 представляет собой внешнюю характеристику, снятую на понижение напряжения. Для снятия этой характеристики устанавливается такой ток в обмотке возбуждения, чтобы Рисунок 8. Схемы генераторов постоянного тока с а) электромагнитным, б)параллельным, в) последовательными г) смешанным возбуждением -58- при холостом ходе генератора напряжение на его зажимах было равно номинальному. Затем нагрузка генератора возрастает при неизменном токе в обмотке возбуждения. При изменении нагрузки от нуля до номинальной напряжение на зажимах генератора уменьшается на величину ΔU пн При снятии характеристики на повышение напряжения (кривая 2) устанавливается такой ток возбуждения, чтобы при номинальной нагрузке генератора напряжение на его зажимах было равно номинальному, после чего нагрузка генератора уменьшается. При изменении нагрузки от номинальной до 0 напряжение на зажимах генератора увеличивается на величину ΔU пн В генераторах параллельного возбуждения при постоянном сопротивлении цепи возбуждения r в ток возбуждения не остается постоянным, так как зависит от напряжения на зажимах генератора которое при изменении нагрузки меняется. В генераторах независимого возбуждения увеличение нагрузки вызывает понижение напряжения под воздействием падения напряжения в сопротивлении машины и реакции якоря (кривая 1 на рис. В генераторах параллельного возбуждения приуменьшении напряжения также уменьшается ток возбуждения, что вызывает уменьшение магнитного потока и понижение напряжения. Следовательно, при увеличении нагрузки напряжение на зажимах генератора этого типа уменьшается в большей мере (кривая 2), чем в генераторах независимого возбуждения. Уменьшение внешнего сопротивления нагрузки вызывает увеличение тока до некоторого значения макс, не превышающего номинальный ток более чем в 2-2,5 раза. При дальнейшем уменьшении внешнего сопротивления ток уменьшается и при коротком замыкании будет значительно меньше номинального. Уменьшение сопротивления нагрузки вызывает уменьшение тока возбуждения, так как напряжение генератора понижается. Если ток возбуждения уменьшился настолько, что машина оказалась размагниченной, то ЭДС понижается в большей степени, чем сопротивление нагрузки, что вызывает уменьшение тока в якоре. При коротком замыкании генератора параллельного возбуждения ток в равен нулю, и обмотка возбуждения не создает магнитного потока. Поэтому в обмотке якоря будет ЭДС только от остаточного магнитного потока Е, имеющая малое значение, и, следовательно, ток короткого замыкания к будет также мал. Внешняя характеристикана повышение напряжения у генератора параллельного возбуждения (кривая имеет такой же вид, как у генератора независимого возбуждения. Для генератора последовательного возбуждения внешняя характеристика показана на рис. 11. В генераторах этого типа ток возбуждения равен току якоря (I в =I я ), и при холостом хода (я) в обмотке якоря будет создана ЭДС за счет остаточного магнетизма Е С увеличением нагрузки также увеличится ток в обмотке возбуждения, что вызывает увеличение ЭДС (кривая 1). Напряжение на зажимах генератора при нагрузке меньше ЭДС вследствие падения напряжения в сопротивлении машины и реакции якоря кривая 2). Таким образом, у генератора последовательного возбуждения напряжение резко меняется с изменением нагрузки, поэтому они не нашли широкого применения. Рисунок Рисунок Рисунок 11 В генераторах смешанного возбуждения возможно согласное и встречное включения последовательной и параллельной обмоток. При согласном включении обмоток возбуждения результирующая намагничивающая сила, создающая магнитный поток, равна сумме намагничивающих сил параллельной и последовательной обмоток, а при встречном включении — разности этих намагничивающих сил. На рис. 12 показаны внешние характеристики генератора смешанного возбуждения. Увеличение нагрузки такого генератора вызывает уменьшение напряжения на его зажимах за счет падения напряжения в его сопротивлении и реакции якоря. Однако с увеличением нагрузки возрастает также ток в последовательной обмотке возбуждения. Поэтому при согласном включении обмоток увеличение нагрузки будет вызывать увеличение магнитного потока и ЭДС обмотки якоря. Если ЭДС с увеличением нагрузки возрастает на величину, равную понижению напряжения генератора за счет падения напряжения в его сопротивлении и реакции якоря, то напряжение на зажимах генератора будет практически оставаться неизменным при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной (кривая Такой генератор, называемый нормально возбужденным, не требует изменения тока возбуждения при изменениях нагрузки. Приуменьшении числа витков последовательной обмотки ЭДС с возрастанием нагрузки будет увеличиваться в меньшей степени и не будет компенсировать понижения напряжения, так что напряжение на зажимах генератора будет уменьшаться (кривая 2), те. генератор недовозбужден. Если число витков последовательной обмотки возбуждения больше, чем то, которое соответствует нормальному возбуждению машины, то генератор окажется перевозбужденными напряжение на его зажимах будет увеличиваться с увеличением нагрузки (кривая При встречном включении обмоток возбуждения внешняя характеристика подобна этой зависимости для генератора параллельного возбуждения (кривая 4), однако токи максимальный ми короткого замыкания ку этого генератора будут меньше соответствующих токов генератора параллельного возбуждения за счет размагничивающего действия намагничивающих сил последовательной обмотки. Наиболее часто применяют генераторы нормально возбужденные, а также перевозбужденные генераторы, позволяющие компенсировать падение напряжения в линии, соединительных проводах и т. д. стем, чтобы напряжение на нагрузке оставалось постоянным при изменении тока. Устройство и принцип действия двигателя постоянного тока. Работа электрического двигателя постоянного тока основана на явлении электромагнитной индукции.Все электрические двигатели постоянного тока состоят из индуктора и якоря, разделенных воздушным зазором. Индуктор электродвигателя постоянного тока служит для создания неподвижного магнитного поля машины и состоит из станины, главных и добавочных полюсов. Станина служит для крепления основных и добавочных полюсов и является элементом магнитной цепи машины. На главных полюсах расположены обмотки возбуждения, предназначенные Рисунок 12 -60- для создания магнитного поля машины, на добавочных полюсах - специальная обмотка, служащая для улучшения условий коммутации. Якорь электродвигателя постоянного тока состоит из магнитной системы, собранной из отдельных листов, рабочей обмотки, уложенной в пазы, и коллектора, служащего для подвода к рабочей обмотке постоянного тока. Коллектор представляет собой цилиндр, насаженный навал двигателя и избранный из изолированных друг от друга медных пластин. На коллекторе имеются выступы-петушки, к которым припаяны концы секций обмотки якоря. Съем тока с коллектора осуществляется с помощью щеток, обеспечивающих скользящий контакт с коллектором. Щетки закреплены в щеткодержателях, которые удерживают их в определенном положении и обеспечивают необходимое нажатие щетки на поверхность коллектора. Щетки и щеткодержатели закреплены на траверсе, связанной с корпусом электродвигателя. В процессе работы электродвигателя постоянного тока щетки, скользя по поверхности вращающегося коллектора, последовательно переходят с одной коллекторной пластины на другую. При этом происходит переключение параллельных секций обмотки якоря и изменение тока в них. Изменение тока происходит в то время, когда виток обмотки замкнут щеткой накоротко. Этот процесс переключения и явления, связанные с ним, называются коммутацией. Рисунок 13. Схемы возбуждения электродвигателей постоянного тока а) независимое, б) параллельное, в) последовательное, г) смешанное По способу возбуждения электрические двигатели постоянного тока делят на четыре группы. С независимым возбуждением, у которых обмотка возбуждения НОВ питается от постороннего источника постоянного тока. С параллельным возбуждением (шунтовые), у которых обмотка возбуждения ШОВ включается параллельно источнику питания обмотки якоря. С последовательным возбуждением (сериесные, у которых обмотка возбуждения СОВ включена последовательно с якорной обмоткой. 4. Двигатели со смешанным возбуждением (компаундные), у которых имеется последовательная СОВ и параллельная ШОВ обмотки возбуждения. Способы пуска вход двигателей постоянного тока. В начальный момент пуска двигателя якорь неподвижен и напряжение в якоре равна нулю, поэтому п = U / R я Сопротивление цепи якоря невелико, поэтому пусковой ток превышает враз и более номинальный. Это может вызвать значительные электродинамические усилия в обмотке якоря и чрезмерный ее перегрев, поэтому пуск двигателя производят с помощью пусковых реостатов - активных сопротивлений, включаемых в цепь якоря. Двигатели мощностью до 1 кВт допускают прямой пуск. Величина сопротивления пускового реостата выбирается по допустимому пусковому току двигателя. Реостат выполняют ступенчатым для улучшения плавности пуска электродвигателя Вначале пуска вводится все сопротивление реостата. По мере увеличения скорости якоря возникает противо-ЭДС, которая ограничивает пусковые токи. Постепенно выводя ступень за ступенью сопротивление реостата из цепи якоря, увеличивают подводимое к якорю напряжение. Механическая характеристика двигателей постоянного тока (n=f(M)) с параллельным, последовательными смешанным возбуждением. Способы регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока. Частота вращения двигателя постоянного тока −I Я R Я k c Ф , где U — напряжение питающей сети я — ток якоря я — сопротивление цепи якоря k c — коэффициент, характеризующий магнитную систему Ф — магнитный поток электродвигателя. Из формулы видно, что частоту вращения электродвигателя постоянного тока можно регулировать тремя путями изменением потока возбуждения электродвигателя, изменением подводимого к электродвигателю напряжения и изменением сопротивления вцепи якоря. Наиболее широкое применение получили первые два способа регулирования, третий способ применяют редко он не экономичен, скорость двигателя при этом значительно зависит от колебаний нагрузки. Механические характеристики, которые при этом получаются, показаны на рис. Жирная прямая — это естественная зависимость скорости от момента навалу, те. оттока якоря. Прямая естественной механической характеристики несколько отклоняется от горизонтальном штриховой линии. Это отклонение называют нестабильностью, нежесткостью, иногда статизмом. Группа непараллельных прямых I соответствует регулированию скорости возбуждением, параллельные прямые II получаются в результате изменения напряжения якоря, наконец, веер III — это результат введения в цепь якоря активного сопротивления. Величину тока возбуждения двигателя постоянного тока можно регулировать с помощью реостата или любого устройства, активное сопротивление которого можно изменять по величине, например транзистора. При увеличении сопротивления вцепи ток возбуждения уменьшается, частота вращения двигателя увеличивается. При ослаблении магнитного потока механические характеристики располагаются выше естественной (те. выше характеристики при отсутствии реостата). Рисунок 14. Механические характеристики электродвигателя постоянного тока при различных способах регулирования частоты вращения |