Электрические машины постоянного тока что такое двигатель

Китаев В. Е., Корхов Ю. М., Свирин В. К. Электрические машины. Часть 1. Машины постоянного тока. Трансформаторы: Учебное пособие для техникумов

Под редакцией проф. В. Е. Китаева

МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1978

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для учащихся электромеханических специальностей техникумов

Рецензенты: Г. К, Салгус (МЭИ); Новочеркасский электромеханический техникум

В книге излагаются теории машин постоянного и переменного тока: асинхронных бесколлекторных машин, синхронных машин, коллекторных машин переменного тока и преобразователей; содержатся сведения по теории машин переменного тока, их принцип действия, устройство и современные конструкции; рассматриваются физические процессы, происходящие при работе электрических машин переменного тока; устанавливаются количественные соотношения между величинами, характеризующими эти процессы.

Предназначается для учащихся электромеханических специальностей техникумов. Может выть полезна специалистам, работающим в области производства и эксплуатации электрических машин и трансформаторов.

Китаев В. Е., Корхов Ю. М., Свирин В. К. Электрические машины. Часть 1. Машины постоянного тока. Трансформаторы: Учебное пособие для техникумов / Под ред. В. Е. Китаева. Москва.: Высшая школа, 1978. — 184 с ил.

Содержание учебного пособия
Электрические машины. Машины постоянного тока. Трансформаторы

Предисловие
Введение
§ В.1. Краткие исторические сведения об электрических машинах и трансформаторах
§ В.2. Общие сведения об электрических машинах и трансформаторах
§ В.З. Материалы, применяемые для электрических машин и трансформаторов
§ В.4. Нагревание и охлаждение электрических машин и трансформаторов

Раздел I. Машины постоянного тока

Глава 1. Принцип действия и устройство электрических машин постоянного тока
§ 1.1. Принцип действия машин постоянного тока
§ 1.2. Устройство и основные элементы конструкции машины постоянного тока
§ 1.3. Системы вентиляции электрических машин

Глава 2. Якорные обмотки машин постоянного тока
§ 2.1. Устройство обмоток
§ 2.2. Петлевая обмотка
§ 2.3. Волновая обмотка
§ 2.4. Условия симметрии обмоток
§ 2.5. Уравнительные соединения
§ 2.6. Обмотка смешанного типа
§ 2.7. Электродвижущая сила обмотки якоря
§ 2.8. Сравнительные характеристики обмоток различных типов

Глава 3. Магнитная цепь машины постоянного тока
§ 3.1. Порядок расчета магнитной цепи электрической машины
§ 3.2. Характеристика намагничивания машины

Глава 4. Реакция якоря машины постоянного тока
§ 4.1. Понятие о реакции якоря
§ 4.2. Поперечная и продольная намагничивающие силы якоря
§ 4.3. Реакция якоря

Глава 5. Коммутация
§ 5.1. Сущность процесса коммутации
§ 5.2. Замедленная и ускоренная коммутации
§ 5.3. Причины искрения щеток
§ 5.4. Основные средства улучшения коммутации
§ 5.5. Коммутационная реакция якоря
§ 5.6. Экспериментальная проверка и наладка коммутации
§ 5.7. Средства уменьшения радиопомех

Глава 6. Генераторы постоянного тока
§ 6.1. Общие сведения о генераторах постоянного тока
§ 6.2. Генератор независимого возбуждения
§ 6.3. Генератор параллельного возбуждения
§ 6.4. Генератор последовательного возбуждения
§ 6.5. Генератор смешанного возбуждения
§ 6.6. Параллельная работа генераторов постоянного тока

Глава 7. Двигатели постоянного тока
§ 7.1. Общие сведения о двигателях постоянного тока
§ 7.2. Классификация и характеристики двигателей постоянного тока
§ 7.3. Двигатель параллельного возбуждения
§ 7.4. Двигатель последовательного возбуждения
§ 7.5. Двигатель смешанного возбуждения

Глава 8. Потери в электрических машинах постоянного тока и коэффициент полезного действия
§ 8.1. Виды потерь
§ 8.2. Коэффициент полезного действия

Глава 9. Специальные машины постоянного тока
§ 9.1. Электромашинные усилители
§ 9.2. Машины постоянного тока с беспазовым якорем
§ 9.3. Униполярные машины
§ 9.4. Исполнительные двигатели
§ 9.5. Тахогенераторы
§ 9.6. Тяговые электродвигатели

Раздел II. Трансформаторы

Глава 10. Принцип действия и устройство трансформаторов
§ 10.1. Назначение и принцип действия трансформаторов
§ 10.2. Устройство магнитопроводов однофазных трансформаторов
§ 10.3. Устройство обмоток трансформаторов
§ 10.4. Магнитные потоки и ЭДС обмоток трансформатора

Глава 11. Холостой ход трансформатора
§ 11.1. Опыт холостого хода трансформатора
§ 11.2. Ток холостого хода
§ 11.3. Векторная диаграмма и эквивалентная схема трансформатора при холостом ходе

Глава 12. Рабочий процесс трансформатора
§ 12.1. Равновесие намагничивающих сил обмоток трансформатора
§ 12.2. Векторная диаграмма и эквивалентная схема трансформатора при нагрузке
§ 12.3. Опыт короткого замыкания трансформатора
§ 12.4. Процентное понижение вторичного напряжения трансформатора при нагрузке
§ 12.5. Коэффициент полезного действия трансформатора
§ 12.6. Рассеяние в трансформаторах
§ 12.7. Регулирование напряжения трансформатора
§ 12.8. Нагревание и охлаждение трансформаторов

Глава 13. Трехфазные трансформаторы
§ 13.1. Магнитопроводы трехфазных трансформаторов
§ 13.2. Соединение обмоток трехфазных трансформаторов
§ 13.3. Группы трехфазных трансформаторов
§ 13.4. Третьи гармоники в кривых токах холостого хода, магнитного потока и электродвижущих сил
§ 13.5. Работа трансформатора при несимметричной нагрузке

Глава 14. Параллельная работа трансформаторов
§ 14.1. Назначение параллельной работы трансформаторов
§ 14.2. Условия включения трансформаторов на параллельную работу

Глава 15. Переходные процессы в трансформаторах
§ 15.1. Процессы при включении трансформаторов
§ 15.2. Процессы при внезапных коротких замыканиях трансформаторов
§ 15.3. Перенапряжения в трансформаторах

Глава 16. Трансформаторы специальных типов
§ 16.1. Автотрансформаторы
§ 16.2. Трехобмоточные трансформаторы
§ 16.3. Сварочные трансформаторы
§ 16.4. Измерительные трансформаторы
§ 16.5. Трансформаторы с регулируемым напряжением
§ 16.6. Пиктрансформаторы

ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящее время значительное развитие получило электро­машиностроение как одна из ведущих отраслей электропромышленности. Основными направлениями развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 годы, утвержденными XXV съездом КПСС, предусмотрено быстрыми темпами развивать производство электрических машин и трансформаторов как малой, так и большой мощности, намечено освоить производство таких гигантов-машин, как турбогенераторов мощностью 1000—1200 тыс. кВт для атомных и тепловых электростанций, генераторов мощностью 640 тыс. кВт для гидроэлектростанций.

Содержание пособия соответствует программе курса «Электрические машины», утвержденной Министерством высшего и среднего специального образования СССР для студентов техникумов электромеханических специальностей. В нем рассматривают машины постоянного тока, трансформаторы, общие вопросы машин переменного тока, асинхронные машины, синхронные машины, коллекторные машины переменного тока и преобразователи. Во введении изложены общие сведения об электрических машинах и трансформаторах, областях их применения, сведения о проводниковых, магнитных и изоляционных материалах; дано краткое описание истории развития электромашиностроения и задачи, стоящие перед ним. Содержатся сведения по теории электрических машин и трансформаторов; рассматриваются принципы действия, конструкции; описываются машины и трансформаторы специальных типов; приводятся количественные соотношения, характеризующие физические процессы, происходящие при работе электрических машин и трансформаторов.

Материал между авторами распределяется следующим образом: гл. 1—9 написаны Свириным В. К., введение и гл. 10—26, 36— 37 — Китаевым В. Е., гл. 27—35 и 38— Корховым Ю. М.

Авторы признательны доц. Г. К. Салгусу и коллективу Новочеркасского электромеханического техникума за ценные советы, высказанные в процессе рецензирования данного учебника.

Все замечания и предложения по книге просим направлять по адресу: Москва, К-51, Неглинная ул., 29/14, издательство «Высшая школа».

Принцип действия машин постоянного тока

Принцип действия машин постоянного тока.

Принцип действия генератора. Простейший генератор можно представить в виде витка, вращающегося в магнитном поле (рис. 1.4, а, б). Концы витка выведены на две пластины коллектора. К коллекторным пластинам прижимаются неподвижные щетки, к которым подключается внешняя цепь.

Читать еще:  Opel combo характеристики двигателя

Принцип работы генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Пусть виток приводится во вращение от внешнего приводного двигателя ПД. Проводники активной части витка пересекают магнитное поле и в них по закону электромагнитной индукции наводятся ЭДС e1 и e2, направление которых определяется по правилу правой руки. При вращении витка по направлению движения часовой стрелки в верхнем проводнике, находящемся под северным полюсом, ЭДС направлена от нас, а в нижнем, находящемся под южным полюсом, – к нам. По ходу витка ЭДС складываются, результирующая ЭДС е = е1 – е2.

Если внешняя цепь замкнута, то по ней потечет ток, направленный от нижней щетки к потребителю и от него – к верхней щетке. Нижняя щетка оказывается положительным выводом генератора, а верхняя – отрицательным. При повороте витка на 180° проводники из зоны одного полюса переходят в зону другого полюса и направление ЭДС в них изменяется на обратное. Одновременно верхняя коллекторная пластина входит в контакт с нижней щеткой, а нижняя – с верхней, направление тока во внешней цепи не изменяется. Таким образом, коллекторные пластины не только обеспечивают соединение вращающего витка с внешней цепью, но и выполняют роль переключающегося устройства, т. е. являются простейшим механическим выпрямителем.

Принцип действия двигателя. То же устройство работает в режиме электрического двигателя (рис. 1.5), если к щеткам подвести постоянное напряжение. Под дей­ствием напряжения U через щетки, пластины коллектора и виток потечет ток i. По закону электромагнитной силы (закон Ампера) взаимодействие тока и магнитного поля В создает силу f, которая направлена перпендикулярно i. Направление силы f определяется правилом левой руки (рис. 1.5): на верхний проводник сила действует вправо, на нижний – влево. Эта пара сил создает вращающий момент Мвр, поворачивающий виток по часовой стрелке. При переходе верхнего проводника в зону южного полюса, а нижнего – в зону северного полюса концы проводников и соединенные с ними коллекторные пластины вступают в контакт со щетками другой полярности.

Направление тока в проводниках витка изменяется на проти­воположное, а направление сил f, момента Мвр и тока во внешней цепи не изменяется. Виток непрерывно будет вращаться в магнитном поле и может приводить во вращение вал рабочего механизма (РМ).

Таким образом, коллектор в режиме двигателя не только обеспечивает контакт внешней цепи с витком, но и выполняет функцию механического инвертора, т.е. преобразует постоянный ток во внешней цепи в переменный ток в витке.

Рассмотрение принципа действия показывает, что машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, т. е. обладает свойством обратимости.

Противодействующий момент и противо-ЭДС. При работе машины в режиме генератора по замкнутой внешней цепи и витку обмотки якоря протекает ток, направление которого совпадает с направлением ЭДС (рис. 1.4,6), взаимодействие тока с магнитным полем полюсов создает момент М, направленный в рассматриваемом случае против часовой стрелки. Так как приложенный к витку вращающий момент приводного двигателя Мвр направлен по часовой стрелке, то возникающий при работе генератора момент называется противодействующим моментом Мnp. По существу возникновение Мпр — это реакция машины на воздействие внешнего момента Мвр, а физическая природа противодействующего момента та же, что и вращающего момента у двигателя. В установившемся режиме работы генератора между Мвр и Мпр устанавливается равновесие и Мвр=Мпр.

При работе машины в режиме двигателя проводники якоря пересекают магнитное поле и в них наводится ЭДС (рис. 1.5,б). Ее направление определяется по правилу правой руки. В рассматриваемом случае она направлена против тока и, следовательно, навстречу приложенному напряжению сети U и поэтому называется противо-ЭДС Enp. Физическая природа противо-ЭДС та же, что и ЭДС генератора. В установившемся режиме работы двигателя между Enp и U устанавливается равновесие и можно считать, что EnpU .

Таким образом, при работе машины постоянного тока в любом режиме во вращающихся проводниках наводится ЭДС Е и возникает момент М, но роль их в разных режимах различная.

Электрические машины постоянного тока

1. Устройство электрической машины постоянного тока

Электрическая машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной части ( индуктора ) и вращающейся части ( якоря с барабанной обмоткой).
На рис. 1 изображена конструктивная схема машины постоянного тока

Индуктор состоит из станины 1 цилиндрической формы, изготовленной из ферромагнитного материала, и полюсов с обмоткой возбуждения 2, закрепленных на станине. Обмотка возбуждения создает основной магнитный поток.
Магнитный поток может создаваться постоянными магнитами, укрепленными на станине.
Якорь состоит из следующих элементов: сердечника 3, обмотки 4, уложенной в пазы сердечника, коллектора 5.
Рис. 1
Сердечник якоря для уменьшения потерь на вихревые точки набирается из изолированных друг от друга листов электротехнической стали.

2. Принцип действия машины постоянного тока

Рассмотрим работу машины постоянного тока в режиме генератора на модели рис.2,

где 1 — полюсы индуктора, 2 — якорь, 3 — проводники, 4 — контактные щетки.
Проводники якорной обмотки расположены на поверхности якоря. Внешние поверхности проводников очищены от изоляции, а на эти поверхности проводников наложены неподвижные контактные щетки.
Контактные щетки размещены на линии геометрической нейтрали, проведенной посредине между полюсами.
Приведем якорь машины во вращение в направлении, указанном стрелкой.
Рис. 2
Определим направление ЭДС, индуктированных в проводниках якорной обмотки по правилу правой руки.

На рис.2 крестиком обозначены ЭДС, направленные от нас, точками — ЭДС, направленные к нам. Соединим проводники между собой так, чтобы ЭДС в них складывались. Для этого соединяют последовательно конец проводника, расположенного в зоне одного полюса с концом проводника, расположенного в зоне полюса противоположной полярности (рис. 3)

Два проводника, соединенные последовательно, образуют один виток или одну катушку. ЭДС проводников, расположенных в зоне одного полюса, различны по величине. Наибольшая ЭДС индуктируется в проводнике, расположенном под срединой полюса, ЭДС, равная нулю, — в проводнике, расположенном на линии геометрической нейтрали.
Рис. 3
Если соединить все проводники обмотки по определенному правилу последовательно, то результирующая ЭДС якорной обмотки равна нулю, ток в обмотке отсутствует. Контактные щетки делят якорную обмотку на две параллельные ветви. В верхней параллельной ветви индуктируется ЭДС одного направления, в нижней параллельной ветви — противоположного направления. ЭДС, снимаемая контактными щетками, равна сумме электродвижущих сил проводников, расположенных между щетками.
На рис. 4 представлена схема замещения якорной обмотки.

В параллельных ветвях действуют одинаковые ЭДС, направленные встречно друг другу. При подключении к якорной обмотке сопротивления в параллельных ветвях возникают одинаковые токи , через сопротивление RH протекает ток IЯ.
Рис. 4
ЭДС якорной обмотки пропорциональна частоте вращения якоря n2 и магнитному потоку индуктора Ф

(1)

где Се — константа.
В реальных электрических машинах постоянного тока используется специальное контактное устройство — коллектор. Коллектор устанавливается на одном валу с сердечником якоря и состоит из отдельных изолированных друг от друга и от вала якоря медных пластин. Каждая из пластин соединена с одним или несколькими проводниками якорной обмотки. На коллектор накладываются неподвижные контактные щетки. С помощью контактных щеток вращающаяся якорная обмотка соединяется с сетью постоянного тока или с нагрузкой.

Читать еще:  Аварийный режим работы двигателя митсубиси

3. Работа электрической машины постоянного тока
в режиме генератора

Любая электрическая машина обладает свойством обратимости, т.е. может работать в режиме генератора или двигателя. Если к зажимам приведенного во вращение якоря генератора присоединить сопротивление нагрузки, то под действием ЭДС якорной обмотки в цепи возникает ток

где U — напряжение на зажимах генератора;
Rя — сопротивление обмотки якоря.

(2)

Уравнение (2) называется основным уравнением генератора . С появлением тока в проводниках обмотки возникнут электромагнитные силы.
На рис. 5 схематично изображен генератор постоянного тока, показаны направления токов в проводниках якорной обмотки.

Воспользовавшись правилом левой руки, видим, что электромагнитные силы создают электромагнитный момент Мэм, препятствующий вращению якоря генератора.
Чтобы машина работала в качестве генератора, необходимо первичным двигателем вращать ее якорь, преодолевая тормозной электромагнитный момент, возникающий по правилу Ленца.

4. Генераторы с независимым возбуждением.
Характеристики генераторов

Магнитное поле генератора с независимым возбуждением создается током, подаваемым от постороннего источника энергии в обмотку возбуждения полюсов.
Схема генератора с независимым возбуждением показана на рис. 6.
Магнитное поле генераторов с независимым возбуждением может создаваться
от постоянных магнитов (рис. 7).

Зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения называется характеристикой холостого хода E = Uхх = f (Iв) .
Характеристику холостого хода получают при разомкнутой внешней цепи (Iя) и при постоянной частоте вращения (n2 = const)
Характеристика холостого хода генератора показана на рис. 8.
Из-за остаточного магнитного потока ЭДС генератора не равна нулю при токе возбуждения, равном нулю.
При увеличении тока возбуждения ЭДС генератора сначала возрастает пропорционально.
Соответствующая часть характеристики холостого хода будет прямолинейна. Но при дальнейшем увеличении тока возбуждения происходит магнитное насыщение машины, отчего кривая будет иметь изгиб. При последующем возрастании тока возбуждения ЭДС генератора почти не меняется. Если уменьшать ток возбуждения, кривая размагничивания не совпадает с кривой намагничивания из-за явления гистерезиса.
Зависимость напряжения на внешних зажимах машины от величины тока нагрузки
U = f (I) при токе возбуждения Iв = const называют внешней характеристикой генератора.

Внешняя характеристика генератора изображена на рис. 9.

С ростом тока нагрузки напряжение на зажимах генератора уменьшается из-за увеличения падения напряжения в якорной обмотке.

5. Генераторы с самовозбуждением.
Принцип самовозбуждения генератора
с параллельным возбуждением

Недостатком генератора с независимым возбуждением является необходимость иметь отдельный источник питания. Но при определенных условиях обмотку возбуждения можно питать током якоря генератора.
Самовозбуждающиеся генераторы имеют одну из трех схем: с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. На рис. 10 изображен генератор с параллельным возбуждением.

Обмотка возбуждения подключена параллельно якорной обмотке. В цепь возбуждения включен реостат Rв. Генератор работает в режиме холостого хода.
Чтобы генератор самовозбудился, необходимо выполнение определенных условий.
Первым из этих условий является наличие остаточного магнитного потока между полюсами. При вращении якоря остаточный магнитный поток индуцирует в якорной обмотке небольшую остаточную ЭДС.
Рис. 10
Вторым условием является согласное включение обмотки возбуждения . Обмотки возбуждения и якоря должны быть соединены таким образом, чтобы ЭДС якоря создавала ток, усиливающий остаточный магнитный поток. Усиление магнитного потока приведет к увеличению ЭДС. Машина самовозбуждается и начинает устойчиво работать с каким-то током возбуждения Iв = const и ЭДС Е = const, зависящими от сопротивления Rв в цепи возбуждения.
Третьим условием является то, что сопротивление цепи возбуждения при данной частоте вращения должно быть меньше критического . Изобразим на рис. 11 характеристику холостого хода генератора E = f (Iв) (кривая 1) и вольт — амперную характеристику сопротивления цепи возбуждения Uв = Rв·Iв, где Uв — падение напряжения в цепи возбуждения. Эта характеристика представляет собой прямую линию 2, наклоненную к оси абсцисс под углом γ (tg γ

Ток обмотки возбуждения увеличивает магнитный поток полюсов при согласном включении обмотки возбуждения. ЭДС, индуцированная в якоре, возрастает, что приводит к дальнейшему увеличению тока обмотки возбуждения, магнитного потока и ЭДС. Рост ЭДС от тока возбуждения замедляется при насыщении магнитной цепи машины.
Рис. 11

Падение напряжения в цепи возбуждения пропорционально росту тока. В точке пересечения характеристики холостого хода машины 1 с прямой 2 процесс самовозбуждения заканчивается. Машина работает в устойчивом режиме.
Если увеличим сопротивление цепи обмотки возбуждения, угол наклона прямой 2 к оси тока возрастает. Точка пересечения прямой с характеристикой холостого хода смещается к началу координат. При некотором значении сопротивления цепи возбуждения Rкр, когда
γ = γкр, самовозбуждение становится невозможным. При критическом сопротивлении вольт — амперная характеристика цепи возбуждения становится касательной к прямолинейной части характеристики холостого хода, а в якоре появляется небольшая ЭДС.

6. Работа электрической машины постоянного тока
в режиме двигателя. Основные уравнения

Под действием напряжения, подведенного к якорю двигателя, в обмотке якоря появится ток Iя. При взаимодействии тока с магнитным полем индуктора возникает электромагнитный вращающий момент

где CM — коэффициент, зависящий от конструкции двигателя.
На рис. 12 изображен схематично двигатель постоянного тока, выделен проводник якорной обмотки.

Ток в проводнике направлен от нас. Направление электромагнитного вращающего момента определится по правилу левой руки. Якорь вращается против часовой стрелки. В проводниках якорной обмотки индуцируется ЭДС, направление которой определяется правилом правой руки. Эта ЭДС направлена встречно току якоря, ее называют противо-ЭДС.
Рис. 12

В установившемся режиме электромагнитный вращающий момент Мэм уравновешивается противодействующим тормозным моментом М2 механизма, приводимого во вращение.

На рис. 13 показана схема замещения якорной обмотки двигателя. ЭДС направлена встречно току якоря. В соответствии со вторым законом Кирхгофа , откуда

. (3)

Рис.13 Уравнение (3) называется основным уравнением двигателя .

Из уравнения (3) можно получить формулы:

(4)
(5)

Магнитный поток Ф зависит от тока возбуждения Iв, создаваемого в обмотке возбуждения. Из формулы (5) видно, что частоту вращения двигателя постоянного тока n2 можно регулировать следующими способами:

  1. изменением тока возбуждения с помощью реостата в цепи обмотки возбуждения;
  2. изменением тока якоря с помощью реостата в цепи обмотки якоря;
  3. изменением напряжения U на зажимах якорной обмотки.

Чтобы изменить направление вращения двигателя на обратное (реверсировать двигатель), необходимо изменить направление тока в обмотке якоря или индуктора.

7. Механические характеристики электродвигателей
постоянного тока

Рассмотрим двигатель с параллельным возбуждением в установившемся режиме работы (рис. 14). Обмотка возбуждения подключена параллельно якорной обмотке.

, откуда

(6)

Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения якоря n2 от момента на валу M2 при U = const и Iв = const.
Уравнение (6) является уравнением механической характеристики двигателя с параллельным возбуждением.
Рис. 14

Эта характеристика является жесткой. С увеличением нагрузки частота вращения такого двигателя уменьшается в небольшой степени (рис. 15).

где k — коэффициент пропорциональности.
Момент на валу двигателя пропорционален квадрату тока якоря.

Электротехника и электрооборудование — Электрические машины постоянного тока

Содержание материала

  • Электротехника и электрооборудование
  • Счетчики электрической энергии
  • Мегомметры
  • Измерение неэлектрических
  • Асинхронные двигатели
  • Пуск асинхронных двигателей
  • Регулирование скорости асинхронных
  • Данные асинхронных двигателей
  • Синхронные машины
  • Передвижные электростанции
  • Синхронные электродвигатели
  • Машины постоянного тока
  • Генераторы постоянного тока
  • Двигатели постоянного тока
  • Электропривод генератор-двигатель
  • Трансформаторы
  • Конструкция трансформаторов до 10
  • Данные трансформаторов до 10
  • Специальные трансформаторы
  • Измерительные трансформаторы
  • Аппаратура управления и защиты
  • Аппаратура автоматическая
  • Реле защиты и управления
  • Логические элементы
  • Электропривод на строительстве
  • Выбор электродвигателя
  • Схемы электроприводы
  • Электропривод строительных
  • Сварочное электрооборудование
  • Электрическое освещение
  • Устройство освещения
  • Нормы освещенности
  • Электрические сети строительные
  • Аппаратура подстанций
  • Электрические сети
  • Устройство электрических сетей
  • Выбор сечения проводов
  • Безопасность обслуживания
  • Защитное заземление
Читать еще:  Бесшатунный двигатель своими руками

ГЛАВА ВОСЬМАЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Машины постоянного тока по сравнению с машинами переменного используются в народном хозяйстве страны, ограниченно главным образом там, где необходимо регулировать число оборотов в широких пределах. Например, двигатели постоянного тока применяют для подъемных устройств, в электрической тяге, для приведения в действие прокатных станов, гребных винтов судов и в других видах регулируемого электропривода. Генераторы постоянного тока мы встречаем в тех сбластях техники, где нужен постоянный ток для технологических целей: электролиз, электрическая сварка, когда требуется получить более устойчивую по сравнению с переменным током электрическую дугу, а также для питания двигателей постоянного тока.
Постоянный ток необходим на строительстве. Его применяют для электропривода мощных экскаваторов, зарядки аккумуляторов и в редких случаях электрической сварки.

§ 8.1. Устройство машин постоянного тока

Основными частями машины постоянного тока (рис. 8.1) являются: неподвижная часть — станина, вращающийся ротор-якорь и два подшипниковых щита.

Рис. 8.1. Разрез четырехполюсной машины постоянного тока:
1— станина; 2 — главный полюс; 3 — дополнительный полюс; 4— якорь; 5 — коллектор; 6 — щетки

Станина — из литой стали; с внутренней ее стороны укреплены сердечники полюсов электромагнитов, выполненные из тонких листов стали, изолированных друг от друга лаковой пленкой или тонкими листами бумаги. На сердечники надеты катушки из изолированной медной проволоки, являющиеся обмоткой возбуждения ма шины.

Рис. 8.2. Якорь машины постоянного тока
Станина машины служит замыкающей частью — ярмом магнитопровода.

Ротор машины, называемый в машинах постоянного тока якорем (рис. 8.2), представляет собой цилиндрическое тело, собранное (так же как фазный ротор асинхронных двигателей) из тонких штампованных листов стали. Одно целое с якорем составляет коллектор — полая втулка, на которой укреплены медные пластины клинообразного сечения, изолированные одна от другой и от втулки коллектора прокладками из миканита (изделие из слюды). В пазах якоря размещается обмотка. Концы ее припаивают к пластинам коллектора.
На внешнюю поверхность коллектора накладываются щетки, прикрепленные при помощи траверсы к неподвижной части машины. При вращении якоря вращается также и коллектор, а щетки скользят по его поверхности, оставаясь неподвижными. Вал якоря вращается в подшипниках, закрепленных в щитах.

Рис. 8.3. Упрощенная модель генератора постоянного тока

Рис. 8.4. Кривая выпрямления коллектором переменного напряжения при одной катушке на якоре генератора

На упрощенной схеме рис. 8.3 изображен между двумя магнитами вращающийся виток обмотки якоря 3. Нетрудно уяснить назначение и принцип действия коллектора. Концы обмотки якоря соединены с двумя пластинами коллектора 1, по которому скользят две щетки 2. При вращении якоря в его проводниках будет наводиться синусоидальная электродвижущая сила. При коллекторе с верхней щеткой все время оказывается соединенным проводник, движущийся под северным полюсом электромагнита, а с нижней — проводник, движущийся под южным полюсом. В результате этого между щетками будет действовать напряжение, изменяющееся во времени, как показано кривой рис. 8.4. Все ее точки расположены выше нулевой линии (напряжение все время будет сохранять один знак). Таким образом коллектор выпрямляет переменное напряжение.
Но напряжение, представленное кривой рис. 8.4, еще не является постоянным, так как его величина за один оборот якоря два раза претерпевает изменения от нулевого значения до максимального.
Если намотать на якорь обмотку, состоящую не из одного, а из двух витков, и расположить их на якоре перпендикулярно один другому, то э. д. с, которые наводятся в них при вращении якоря, будут отличаться друг от друга по фазе. В тот момент, когда в одном витке э. д. с. будет равна нулю, в другом она будет иметь максимальную величину. Графически это можно изобразить двумя кривыми (рис. 8.5, а).

Рис. 8.5. Кривая выпрямления коллектором переменного напряжения при двух катушках на якоре генератора

С помощью коллектора, состоящего из четырех раздельных частей, можно получить в двух витках два выпрямленных напряжения ег и е2, показанных на рис. 8.5, б. При соответствующем соединении витков наводимые в них э. д. с. будут складываться и на щетках машины получится суммарное напряжение, которое имеет значительно меньшие колебания по величине (рис. 8.5, в).
В выпускаемых ныне машинах постоянного тока обмотки якоря имеют значительно большее число катушек и пластин коллектора. Чем больше будет катушек в обмотке якоря и пластин на коллекторе, тем более ровным, т. е. приближающимся к постоянной величине, будет выпрямляемое коллектором напряжение. Соответственным увеличением числа катушек обмотки и пластин коллектора получают суммарное напряжение на щетках (выводах) генератора с весьма малыми колебаниями по величине.
Машины постоянного тока производят обычно не двухполюсными, а с большим числом полюсов — 4—6. Полюса чередуются попеременно между собой. Количество щеток равно числу полюсов: например, у четырехполюсной машины должно быть четыре щетки.

§ 8.2. Классификация машин постоянного тока по способу возбуждения

Рабочие свойства машин постоянного тока зависят в значительной мере от способа соединения обмотки возбуждения с якорем постоянного тока. Они подразделяются на: машины с параллельным возбуждением (шунтовые), машины с последовательным возбуждением (сериесные) и машины со смешанным возбуждением (компаундные) (рис. 8.6). Машины с параллельным и смешанным возбуждением применяют и в качестве генераторов, и в качестве двигателей, а с последовательным возбуждением — только в качестве двигателей.

Рис. 8.6. Возбуждение машин постоянного тока:
а — параллельное (шунтовое); б — последовательное (сериесное); в — смешанное (компаундное); R — нагрузка

В машинах с параллельным возбуждением обмотка возбуждения присоединяется параллельно обмотке якоря (рис. 8.6, а), в машинах с последовательным возбуждением — последовательно с обмоткой якоря (рис. 8.6, б). В машинах со смешанным возбуждением обмотка возбуждения имеет две части: одну, соединенную параллельно, а другую — последовательно с обмоткой якоря (рис..8.6, в). Обмотки возбуждения, присоединяемые параллельно, выполняют из проводов небольшого сечения; обмотки же, присоединяемые последовательно, рассчитанные на прохождение через них полного тока генератора, выполняют из проводов большого сечения.

Соединение обмотки возбуждения с обмоткой якоря производится в коробке выводов генератора при помощи болтовых зажимов. Стандартом установлены следующие обозначения зажимов: обмотки якоря или, что то же, выводов генераторов — Я1 и Я2, параллельной обмотки — Ш1 и Ш2, последовательной обмотки — С1 и С2.
Кроме основных полюсов в машинах постоянного тока применяют дополнительные полюсы, располагаемые между основными полюсами на станине машины. Обмотка дополнительных полюсов включается последовательно с обмоткой якоря машины. Назначение обмотки дополнительных полюсов — устранить искрение на коллекторе.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector