22-33 ответы на вопросы. 33 Регулирование частоты вращения двигателей постоянно тока

• Название: 33 Регулирование частоты вращения двигателей постоянно тока
• Дата: 26.06.2022
• Размер: 31.26 Kb.
• Имя файла: 22-33 ответы на вопросы.docx
• Тип: Документы; #616354

33) Регулирование частоты вращения двигателей постоянно тока.

Частоту вращения электродвигателей постоянного тока регулируют: введением резисторов в цепь якоря двигателя; изменением магнитного потока; изменением напряжения, приложенного к якорю электродвигателя. В зависимости от способа регулирования частоты вращения получаются различные искусственные механические характеристики. При введении резисторов в цепь якоря у двигателей с независимым и параллельным возбуждением магнитный поток не изменяется, следовательно, остается постоянной частота вращения идеального холостого хода nx, но значение сопротивления вводимого резистора оказывает большое влияние на наклон механической характеристики, так как возрастает угловой коэффициент. Изменение магнитного потока приводит к увеличению частоты вращения идеального холостого хода и изменению наклона механической характеристики у двигателей с независимым, параллельным и смешанным возбуждением. Таким образом, искусственная механическая характеристика, полученная при введении резистора в цепь обмотки возбуждения двигателя, располагается выше естественной частота вращения идеального холостого хода и наклон характеристики увеличиваются. Изменение питающего цепь якоря напряжения при неизменном напряжении в цепи независимой обмотки возбуждения приводит у двигателей с независимым возбуждением к изменению частоты вращения идеального холостого хода при неизменном наклоне характеристики.

32) пуск двигателей постоянного тока

Пуск двигателя постоянного тока производят с помощью пусковых реостатов, которые представляют собой активные сопротивления, подключенные к цепи якоря. Выполняют реостатный пуск по двум причинам:

— при необходимости плавного разгона электродвигателя;

— в начальный момент времени, пусковой ток Iп = U / Rя очень большой, что вызывает, перегрев обмотки якоря (которая имеет малое сопротивление).

Только ДПТ мощностью до 1 кВт допускают к старту без пусковых реостатов, так называемый «прямой пуск».

В начале запуска к цепи ротора подключаются все сопротивления, и по мере увеличения скорости они ступенчато выводятся.

31) Характеристики двигателей постоянного тока

Основными характеристиками, по которым оценивают рабочие свойства двигателей, являются:

скоростная — зависимость частоты вращения от тока якоря,

моментная — зависимость электромагнитного момента от тока якоря,

механическая— зависимость частоты вращения от электромагнитного момента, п =f(M).

30) Двигатели постоянного тока классифицируются в зависимости от способа соединения обмотки возбуждения с якорем:

1. Двигатель параллельного возбуждения (если напряжение обмотки возбуждения иное, то такой двигатель называется двигателем независимого возбуждения).

2. Двигатель последовательного возбуждения

3. Двигатель смешанного возбуждения.

29) характеристика генераторов постоянного тока

Основными величинами, характеризующими работу генераторов постоянного тока, являются:

• 
  электродвижущая сила {\displaystyle E} ,
  
• 
  электрическое напряжение на зажимах генератора {\displaystyle U} ,
  
• 
  нагрузка (электрический ток, даваемый генератором потребителю) {\displaystyle I} ,
  
• 
  ток возбуждения {\displaystyle I_{v}} ,
  
• 
  число оборотов якоря в минуту {\displaystyle n} .
  

Зависимость между какими-либо двумя основными величинами, характеризующими работу генератора, называется характеристикой генератора.

Основными характеристиками генератора являются характеристики:

• 
  холостого хода;
  
• 
  внешняя (нагрузочная);
  
• 
  регулировочная.
  

28) Существует 2 способа улучшения коммутации:

1)уменьшением суммарной ЭДС

2)увеличением сопротивления коммутируемой секции.

 В обоих случаях происходит уменьшение дополнительного тока и снижение искрения (i_д=е/r_щ)

Улучшение коммутации путем увеличения сопротивления коммутируемой секции происходит за счет изменения сопротивления щеток. Сопротивление секции состоит из сопротивления самой секции, сопротивления проводников, соединяющих секцию с коллектором и переходным сопротивлением щеточного контакта. Первые 2 сопротивления незначительны и их можно не учитывать. Поэтому уменьшение тока достигается увеличением сопротивления щеток. Для этого применяют щетки с повышенным значением переходного сопротивления, которые выполняются из графита с примесями. Электрические свойства щеточного контакта определяются переходным падением напряжения ΔU_щ. Чем тяжелее условия пуска, тем большее значение  ΔU_щ выбирается. Металлические щетки имеют малое переходное напряжение и поэтому в машинах ПТ не применяются. Но с увеличением ΔU_щ возрастают эл. потери в щеточном контакте, что ведет к снижению КПД. Поэтому применение щеток с необоснованно большим переходным падением напряжения нежелательно. Подбор щеток производят на заводе- изготовителе при настройке коммутации.

Улучшение коммутации путем снижения суммарной ЭДС можно произвести или снижением реактивной ЭДС, или созданием коммутирующего поля.

Улучшение коммутации снижением реактивной ЭДС применяют для машин не имеющих дополнительных полюсов. Существует несколько способов

1) уменьшение числа витков в секции. При этом необходимо увеличить число секций

2) уменьшение длины якоря, увеличив при этом его диаметр

3) уменьшением частоты вращения машины за счет увеличения ее мощности

Все эти способы учитываются при проектировании машины

Для улучшения коммутации созданием коммутирующего поля необходимо произвести компенсацию реактивной ЭДС, т.е. создать такое поле, в котором

е_вр  ≥   е_р и имела бы противоположное направление. Такое поле называется коммутирующим. Получить такое поле можно 2 способами:

1)сдвигом щеток с геометрической  нейтрали

2) с помощью дополнительных полюсов

При первом способе щетки сдвигают т.о., чтобы коммутируемые секции располагались в зоне главных полюсов. Чтобы  е_вр  была направлена навстречу    е_р у генератора щетки сдвигают с геометрической нейтрали по направлению вращения якоря, а у двигателей- против вращения. Угол сдвига определяют визуально до прекращения искрения при определенном неизменном значении тока якоря.

26)коммутация в машинах постоянного тока

Коммутация в машинах постоянного тока представляет собой ряд явлений, вызванных процессом изменения тока в секциях обмотки якоря за время их перехода из одной параллельной ветви обмотки в другую. Секции обмотки в течение этого времени замыкаются накоротко щетками. Это время – период коммутации.

Коммутация – это процесс изменения тока в секции обмотки якоря.

25) Реакция якоря в машинах постоянного тока

Реакцией якоря называется воздействие магнитного поля, создаваемого током якоря, на магнитное поле главных полюсов машины. В режиме холостого хода ток якоря равен нулю и магнитное поле машины образуется только главными полюсами. Оно симметрично относительно оси главных полюсов и относительно геометрической нейтрали.

24)

Машины постоянного тока (МПТ) могут работать и как генераторы и как двигатели. Если в машине происходит преобразование механической энергии в электрическую, то она называется генератор. Если электрическая энергия преобразуется в механическую, то это двигатель.

МПТ конструктивное не отличаются друг от друга. Такие машины называются обратимыми, т.е. любая МПТ может работать и как генератор и как двигатель.

Машина имеет неподвижную часть, которая называется статор (индуктор) и подвижную- ротор (якорь).

Индуктор создаёт магнитное поле, которое воздействует на якорь. При этом в якоре наводится ЭДС (генератор), или он начинает вращаться (двигатель).

Машина имеет неподвижный корпус (станина) к которому крепятся основные и дополнительные полюса. Основной полюс имеет сердечник и расширенную нижнюю часть- полюсный наконечник. На сердечник устанавливается обмотка возбуждения (ОВ). Вместе они образуют магнитный полюс. Полюсный наконечник необходим для распределения магнитного потока. Основных полюсов может выть несколько.

 Дополнительные полюса необходимы для снижения искрения под щётками.

К корпусу крепятся подшипниковые щиты. Они представляют собой крышки машины и имеют специально расточенные отверстия, в которые устанавливаются подшипники якоря.

К неподвижной части относится также щёткодержатель со щётками (поз.2). Щёткодержатель представляет собой обойму, в которую устанавливается щётка. Щётка может быть графитовой или медногрaфитовой. Для обеспечения необходимого давления щетки на коллектор, на щетку устанавливается нажимная пружина

Якорь представляет собой подвижную часть. На него устанавливается сердечник с пазами, в которые уложена обмотка якоря. Сердечник собирается (шихтуется) из тонколистовой электротехнической стали. Перед сердечником установлен коллектор. Он состоит из изолированных друг от друга медных пластин. Пластины имеют трапецеидальную форму и при сборке образуют полый цилиндр. Каждая пластина имеет расширенную нижнюю часть, которая служит для крепления пластин между собой и называется «ласточкин хвост». Сверху имеется выступающая часть, которая называется «петушок».

Якорь машины в сборе

Обмотка якоря состоит из нескольких секций, которые соединяются между собой через коллекторные пластины. Для этого начало каждой секции припаивается к «петушку».

С обеих сторон на вал якоря напрессовываются подшипники, которые устанавливаются в подшипниковые щиты и закрываются подшипниковыми крышками.

Принцип работы машин постоянного тока

Принцип действия генератора основан на использовании закона электромагнитной индукции.

Принцип работы генератора рассмотрим с помощью рис.3. Якорь представлен как рамка, состоящая из одной секции с одним витком. Концы секции присоединены к двум изолированным одна от другой половинам (полукольцам) одного кольца. Контактные пластины (щетки) скользят по этому кольцу. Такое кольцо, состоящее из изолированных полуколец, называют коллектором, a каждое полукольцо — пластиной коллектора. Щетки на коллекторе должны быть расположены таким образом, чтобы они при вращении рамки одновременно переходили с одного полукольца

Якорь расположен в магнитном поле основных полюсов (С и Ю) и вращается в нем с помощью приводного двигателя. согласно закону электромагнитной индукции (имеется неподвижное магнитное поле и в нем вращается проводник), в секции будет наводиться ЭДС.

В магнитном поле находятся две стороны секции, которые называются рабочими и расположены они под разными полюсами. Поэтому направление ЭДС в них будет разное. Когда рамка расположена вертикально, то величина ЭДС будет максимальной. По мере ее вращения угол между рамкой и магнитными силовыми линиями уменьшается, и ЭДС будет снижаться. Когда рамка проходит через горизонтальное положение ее рабочие стороны скользят вдоль силовых линий, не пересекая их, и ЭДС не индуктируется. При этом коллекторные пластины замыкаются щётками, a ЭДС ровна 0. Затем рамка поворачивается, и коллекторные пластины выходят из-под щеток. Угол между рамкой и магнитными силовыми линиями увеличивается и ЭДС также возрастает. Когда рамка примет вертикальное положение, ЭДС будет максимальной, но направление ее в сторонах секции изменится на противоположное. При дальнейшем вращении все повторится.

Следовательно, при вращении рамки в постоянном магнитном поле, в рамке наводится переменная ЭДС. Если якорь замкнуть на нагрузку, то в цепи появится переменный ток. Чтобы ток был постоянным по направлению, на коллекторные пластины установлены неподвижные щетки. Поэтому независимо от положения рамки и коллектора направление тока через щетки будет постоянным. Чтобы ток не изменялся по значению, число секций и витков должно быть таким, чтобы в каждый момент времени под полюсами находился виток. Тогда через щетки постоянно будет проходить максимальный ток.

При работе двигателя щетки подключаются к сети постоянного тока. Через них проходит постоянный ток. Чтобы вал двигателя пришел в движение, необходимо создать вращающий момент. Он создаётся за счет взаимодействия магнитного поля постоянных магнитов и магнитного поля, создаваемого током, проходящим по обмотке якоря. При взаимодействии двух магнитных полей возникает вращающий момент, т.к. возникает пара сил, равных по величине и противоположно направленных

Но при повороте вала двигателя ток и, соответственно, магнитное поле ослабевают вращающий момент падает и двигатель останавливается, чтобы этого не произошло число витков должно быть таким, чтобы в каждый момент времени под полюсами находился какой- либо виток. Тогда магнитное поле будет постоянным и максимальным, и двигатель будет вращаться с постоянной скоростью.

23) Синхронный двигатель. Синхронный компенсатор

В сравнении с асинхронными двигателями они имеют большие преимущества:

1. Могут работать с соsf> = 1 и не потреблять реактивную мощность из сети.

2. Момент синхронного двигателя пропорционален напряжению М =и (у асинхронного двигателя М = V2).

3. КПД синхронного двигателя выше, чем у асинхронного, за счет меньших потерь.

4. Частота вращения остается независимой от нагрузки.

Однако синхронные двигатели конструктивно сложнее и требуют источник постоянного тока для питания обмотки возбуждения. Кроме того, имеются трудности при пуске.

Различают следующие способы пуска синхронных двигателей:

1. Пуск с помощью постороннего двигателя. Ротор возбужденного двигателя приводится во вращение до частоты, близкой к синхронной, и с помощью синхронизирующего устройства подключается к трехфазной сети. Затем вспомогательный двигатель отключают.

2. Асинхронный пуск. Этот способ предполагает наличие в полюсных наконечниках ротора пусковой обмотки. Невозбужденный синхронный двигатель статорной обмоткой подключается к трехфазной сети переменного тока. Вращающееся магнитное поле индуктирует в пусковой обмотке ротора ЭДС, которая создает в замкнутых стержнях обмотки ротора токи. Взаимодействие этих токов с полем якоря создает момент, приводящий ротор во вращение. При завершении асинхронного пуска (достижении 95 % синхронной частоты вращения) подается питание на обмотку возбуждения, и двигатель начинает работать синхронно.

Синхронные компенсаторы предназначены для повышения коэффициента мощности сети и поддержания нормального уровня напряжения сети в районах сосредоточения потребительских нагрузок. Нормальным является перевозбужденный режим работы синхронного компенсатора, когда он отдает в сеть реактивную мощность.

Синхронные компенсаторы не имеют приводных двигателей и поэтому сами являются синхронными двигателями, работающими на холостом ходу, при этом из сети потребляя небольшую активную мощность для покрытия своих потерь. Пуск синхронных компенсаторов осуществляется так же, как и синхронных двигателей.

Так как у синхронных компенсаторов не ставится вопрос статической устойчивости, они выполняются с малым воздушным зазором, что позволяет облегчить обмотку возбуждения и уменьшить стоимость машины.

22) Включение синхронного генератора на параллельную работу с сетью.

Процесс включения генераторов на параллельную работу называется синхронизацией. Другими словами, синхронизация – процесс уравнивания частоты вращения и напряжения включаемого генератора с частотой вращения работающих генераторов и напряжением на электростанции, а также выбор соответствующего момента времени для подачи импульса на включение выключателя генератора. Различают два типа синхронизации: точная синхронизация и самосинхронизация. Существуют два способа включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью: способ точной синхронизации и способ самосинхронизации (грубой синхронизации).

При включении синхронного генератора на параллельную работу с сетью по способу точной синхронизации стремятся к тому, чтобы при включении не возникало больших бросков тока. Большие толчки тока вызывают большие моменты, действующие как на ротор, так и на статор, и силы, которые могут привести к разрушению обмотки статора.

Для того чтобы исключить броски тока при включении генератора, необходимо выполнить следующие условия:

1) равенство ЭДС генератора Е0 и напряжения сети UC;

2) равенство частот генератора fГ и сети f;

3) ЭДС генератора Е0 и напряжение сети UС должны находиться в противофазе;

4) чередование фаз ЭДС генератора и напряжения сети должно быть одинаковым (для трехфазных генераторов).

Для ускорения включения применяют способ самосинхронизации. Сущность метода самосинхронизации заключается в том, что генератор включается в сеть в невозбужденном состоянии (UГ=0) при скорости вращения, близкой к синхронной (допускается отклонение до 2%). При этом отпадает необходимость в точном выравнивании частот, значения и фазы напряжений, благодаря чему процесс синхронизации предельно упрощается и возможность ошибочных действий исключается. После включения невозбужденного генератора в сеть немедленно включается ток возбуждения, и генератор втягивается в синхронизм (т. е. его скорость достигает синхронной).

При самосинхронизации неизбежно возникновение значительного толчка тока, так как включение невозбужденного генератора в сеть с напряжением UС, эквивалентно внезапному короткому замыканию этого генератора при работе на холостом ходу с Е0=UС.Однако толчок тока при самосинхронизации будет все же меньше, так как, кроме сопротивления генератора, в цепи будут действовать также сопротивления элементов сети (повышающие трансформаторы, линия и т. д.).