| |||||
МЕНЮ
| Машины постоянного тока параллельного возбужденияМашины постоянного тока параллельного возбужденияМинистерство образования РФ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Факультет Автоматики и электромеханики МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ Реферат по дисциплине «Электрические машины» Исполнитель студент группы 7А91 _____________________Вакер В.С. (подпись, дата)
доцент, к.т.н. _____________________Игнатович В.М.. (подпись) _____________________ (дата) Томск-2002 Введение. Электрические машины постоянного тока широко применяются в различных отраслях промышленности. Значительное распространение электродвигателей постоянного тока объясняется их ценными качествами: высокими пусковым, тормозным и перегрузочным моментами, сравнительно высоким быстродействием, что важно при реверсировании и торможении, возможностью широкого и плавного регулирования частоты вращения. Электродвигатели постоянного тока используют для регулируемых приводов, например, для приводов различных станков и механизмов. Мощности этих электродвигателей достигают сотен киловатт. В связи с автоматизацией управления производственными процессами и механизмами расширяется область применения маломощных двигателей постоянного тока общего применения мощностью от единиц до сотен ватт. Генераторы постоянного тока общего применения в настоящее время используются реже, чем электродвигатели, поскольку значительное распространение получают ионные и полупроводниковые преобразователи. Электродвигатели и генераторы постоянного тока составляют значительную
часть электрооборудования летательных аппаратов, Генераторы постоянного
тока применяют в качестве источников питания; максимальная мощность их
достигает 30 КВт. Электродвигатели летательных аппаратов используют для
привода различных механизмов; мощность их имеет значительный диапазон – от
долей до десятков киловатт. На самолетах, например, устанавливается более Генераторы постоянного тока являются источником питания для
промышленных установок, потребляющих постоянный ток низкого напряжения В зависимости от схемы питания обмотки возбуждения машины постоянного тока разделяются на несколько типов ( с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением). Ежегодный выпуск машин постоянного тока в РФ значительно меньше выпуска машин переменного тока, что обусловлено дороговизной двигателей постоянного тока. Основные элементы конструкции МПТ В машинах постоянного тока насажанный на вал роторный сердечник вместе с заложенной в его пазах якорной обмоткой обычно называется якорем. Якорь машины постоянного тока вращается в магнитном поле, создаваемом обмотками возбуждения 1, надетыми на неподвижные полюсы 2 (рис 1). По проводникам 6 нагруженной якорной обмотки проходит ток. В результате взаимодействия полей обмоток возбуждения и якорной создается электромагнитный момент, возникновение которого можно также объяснить взаимодействием тока якорной обмотки с магнитным потоком машины. Из технологических соображений сердечник полюсов обычно набирается на
шпильках из листов электротехнической стали толщиной 0,5—1 мм (рис. 2). Рис. 2. Полюс машины постоянного тока:
вблизи якоря. Зазор между полюсом и якорным сердечником является рабочим
воздушным зазором машины. Со стороны, обращенной к якорю, полюс
заканчивается так называемым полюсным наконечником, форма и размер которого
выбираются таким образом, чтобы способствовать лучшему распределению потока
в воздушном зазоре. На полюсе размещается катушка обмотки возбуждения. Основная часть потока Ф (см. рис. 1), создаваемого обмоткой
возбуждения, идет через сердечник 2 северного полюса N, воздушный зазор 8,
зубцы 7 и спинку якоря 5, после чего поток проходит аналогичный путь в
обратной последовательности к южному соседнему полюсу S и через ярмо 3
возвращается к северному полюсу N. Поток Ф проходит замкнутый путь, который
показан на рис. 1 линиями магнитной индукции. Полярность полюсов чередуется На рис. 3, а представлено распределение магнитной индукции в воздушном
зазоре двухполюсной машины в функции геометрического угла ?. Начало
координат и выбрано посередине между полюсами. В этой точке значение
индукции равно нулю. По мере приближения к полюсному наконечнику индукция
возрастает, сначала медленно (до точки а) у края полюсного наконечника, а
затем резко. Под серединой полюсного наконечника в точке b индукция имеет
наибольшее значение. Кривая распределения индукции располагается
симметрично относительно оси полюса и в точке с, находящейся посередине
между полюсами, проходит через нуль, затем индукция меняет знак. Кривая cde
является зеркальным отображением относительно оси абсцисс кривой oabc. ?э=??г (1)
например, на рис. 3 видно, что при числе пар полюсов р==2 имеем ?э=2ссг. Рис. 3. Кривые изменения магнитной индукции в пространстве и э.д.с. проводника якорной обмотки во времени: а — пространственное распределение индукции под полюсом; б — изменение э.д.с.. проводника во времени; в — выпрямленное при помощи коллектора напряжение на щетках e=B?l?, (2) где Ва — нормальная составляющая индукции в точке, определяемой углом а, в которой в данный момент времени находится проводник, тл; I — активная длина проводника, т. е. длина, в которой индуктируется э.
д. с., м; v — скорость перемещения проводника относительно потока, м/сек.
e?B?. (3) Из выражения (3) следует, что при равномерном вращении якорной обмотки
изменение э.д.с е проводника во времени (см. рис. 3, б) в соответствующем
масштабе повторяет кривую распределения индукции в воздушном зазоре В?, В двухполюсной машине за один оборот вращения в проводниках якорной
обмотки индуктируется э.д.с., частота которой f=n/60 гц, где n— скорость
вращения потока относительно проводника, вычисляемая в оборотах в минуту. [pic] (4) Выражение (4) определяет частоту э.д.с. многополюсной машины. Оно показывает, что частота э.д.с. пропорциональна числу полюсов машины и скорости ее вращения. В системе единиц СИ скорость вращения w имеет размерность электрический радиан в секунду. Подставляя в (4) значение w, выраженное через механическую скорость вращения [pic] имеем [pic] (5) В машинах постоянного тока для выпрямления э.д.с. применяется коллектор, представляющий собой механический преобразователь, выпрямляющий переменный ток якорной обмотки в постоянный ток, проходящий через щетки во внешнюю цепь. Коллектор состоит из соединенных с витками обмотки якоря изолированных между собой пластин, которые, вращаясь вместе с обмоткой якоря, поочередно соприкасаются с неподвижными щетками, соединенными с внешней цепью. Одна из щеток всегда является положительной, другая — отрицательной. [pic] 1— медные пластины; 2 — виток обмотки якоря; 3 — щетки; 4 — внешняя электрическая цепь Простейший коллектор имеет две изолированные между собой медные
пластины, выполненные в форме полуколец (рис. 5), к которым присоединены
концы витка якорной обмотки. Пластины коллектора соприкасаются с
неподвижными контактными щетками, связанными с внешней электрической цепью. [pic] Якорная обмотка состоит из большого числа секций, представляющих собой один или несколько последовательно соединенных витков. Конец каждой секции присоединяется к одной из изолированных коллекторных пластин, образующих коллектор (рис. 6). По мере увеличения числа секций уменьшается пульсация напряжения на щетках (рис. 7). При двадцати коллекторных пластинах разница между максимальной и минимальной величиной напряжения, отнесенная к среднему значению, не превышает 0,65%. Коллектор является сложным и дорогим устройством, требующим тщательного
ухода. Его повреждения нередко служат причиной серьезных аварий. [pic] Поэтому машинами постоянного тока называются электрические машины, у которых преобразование энергии происходит вследствие вращения якорной обмотки относительно неподвижного потока полюсов, а выпрямление тока в постоянный осуществляется коллектором (или иным выпрямителем, вращающимся вместе с якорем). Вначале создавались машины постоянного тока. В дальнейшем они в значительной степени были вытеснены машинами переменного тока. Благодаря возможности плавного и экономичного регулирования скорости вращения двигатели постоянного тока сохраняют свое доминирующее значение на транспорте, для привода металлургических станов, в крановых и подъемно- транспортных механизмах. В системах автоматики машины постоянного тока широко используются в качестве исполнительных двигателей, двигателей для привода лентопротяжных самозаписывающих механизмов, в качестве тахогенераторов и электромашинных усилителей. Генераторы постоянного тока применяются главным образом для питания радиостанций, двигателей постоянного тока, зарядки аккумуляторных батарей, сварки и электрохимических низковольтных установок. Принцип действия двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Естественные скоростная и механическая характеристики. Рассмотрим более подробно характеристики двигателя параллельного возбуждения, которые определяют его рабочие свойства. Скоростная и механическая характеристики двигателя определяются равенствами (6) и (7) при U = const и iB = const. При отсутствии дополнительного сопротивления в цепи якоря эти характеристики называются естественными. [pic] (6) [pic] (7) Если щетки находятся на геометрической нейтрали, при увеличении Ia
поток Ф? несколько уменьшится вследствие действия поперечной реакции якоря. Ввиду того что изменение Ф? относительно мало, механические характеристики n=f(M) двигателя параллельного возбуждения, определяемые равенством (7), при U= const и iB== const совпадают по виду с характеристиками n= f(Ia) (рис. 8). По этой же причине эти характеристики практически прямолинейны. Характеристики вида 3 (рис. 8) неприемлемы по условиям устойчивости работы. Поэтому двигатели параллельного возбуждения изготовляются со слегка падающими характеристиками вида 1 (рис. 8). В современных высоко использованных машинах ввиду довольно сильного насыщения зубцов, якоря влияние поперечной реакции якоря может быть настолько большим, что получить характеристику вида 1 (рис. 8) невозможно. Тогда для получения такой характеристики на полюсах помещают слабую последовательную обмотку возбуждения согласного включения, н. с. которой составляет до 10% от н. с. параллельной обмотки возбуждения. При этом уменьшение Ф? под воздействием поперечной реакции якоря частично или полностью компенсируется. Такую последовательную обмотку возбуждения называют стабилизирующей, а двигатель с такой обмоткой по-прежнему называется двигателем -параллельного возбуждения. Изменение скорости вращения ?n (рис. 8) при переходе от холостого хода
Регулирование скорости посредствам ослабленного магнитного потока
производится обычно с помощью реостата в цепи возбуждения Rp в (см. рис. [pic] Однако механические характеристики пересекают ось абсцисс в разных точках. Нижняя характеристика на рис. 9 соответствует номинальному потоку. Точка холостого хода двигателя (М = М0, Ia = Ia0) лежит несколько правее оси ординат на рис. 9. С увеличением скорости вращения n вследствие увеличения механических потерь М0 и I00 также увеличиваются. Если в этом режиме с помощью приложенного извне момента вращения начать увеличивать скорость вращения n, то Еа=ceФ?т будет увеличиваться, а Iа и М будут, согласно равенствам [pic] и [pic]
уменьшаться. При Iа = 0 и М. =0 механические и магнитные потери двигателя
покрываются за счет подводимой к валу механической мощности, а при
дальнейшем увеличении скорости Iа и М изменят знак и двигатель перейдет в
генераторный режим работы (участки характеристик на рис. 9 левее оси
ординат). [pic] Регулирование скорости сопротивлением в цепи якоря, искусственные
механическая и скоростная характеристики. Если последовательно в цепь якоря
включить добавочное сопротивление Rpa (рис. 10, а), то вместо выражений (6) [pic] (8) [pic] (9) [pic] Характеристики n=f(M) и n=f(Ia) для различных значений Rpa = const при [pic] и [pic] Продолжения этих характеристик под осью абсцисс на рис. 10 соответствуют торможению двигателя противовключением. В этом случае n< 0, э.д.с. Еа имеет противоположный знак и складывается с напряжением сети U, вследствие чего [pic] а момент двигателя М действует против направления вращения и является поэтому тормозящим. Если в режиме холостого хода (Ia = Ia0) с помощью приложенного извне момента вращения начать увеличивать скорость вращения, то сначала достигается режим Ia=0, а затем Ia изменит направление и машина перейдет в режим генератора (участки характеристик на рис. 10, б слева от оси ординат). Как видно из рис. 10, б, при включении Rpa характеристики становятся
менее жесткими, а при больших величинах Rpa — круто падающими, или мягкими. Рабочие характеристики представляют собой зависимости потребляемой мощности Рис. 11. Рабочие характеристики двигателя параллельного возбуждения РН = 10 квт, UН = 220 в, пН = 950 об/мин Заключение. При написание реферата я узнал, что достоинство двигателя постоянного тока параллельного возбуждения заключается: . большой диапазон скоростей; . удобно и экономично регулировать величины тока возбуждения; . сложность конструкции; . наличии скользящего контакта в коллекторе; . необходим источник постоянного тока; Литература
Вольдек А.И. Электрические машины. Л., «Энергия», 1974 Содержание. 1. Введение 2 8 |
ИНТЕРЕСНОЕ | |||
|