Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
ЮРГТУ (НПИ) |
МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА |
№ 4 |
|
Конструкция машины постоянного тока. (Одинакова для двигателя и генератора) Статор (неподвижный) и ротор (вращается). Ротор называют якорем. Основные части статора: станина, главные полюса с обмотками возбуждения, могут быть добавочные полюса с обмотками добавочных полюсов. Станина и полюса изготовляются из стали, потому что они должны проводить основной магнитный поток. Так как основной магнитный поток постоянный (не меняется по величине и направлению), то сталь используют обычно конструкционную. Главные полюса широкие, имеют полюсный наконечник, добавочные – узкие, располагаются между главными. Обмотки главных и добавочных полюсов изготовляются из меди в виде катушек. Катушки надеваются на полюса, полюса крепятся к станине. Обмотки главных полюсов (обмотки возбуждения) предназначены для создания основного магнитного потока. (При протекании тока образуется магнитное поле, его направление определяется по правилу буравчика, или правого винта.) Катушки ОВ соединяют между собой последовательно так, чтобы магнитные полюса чередовались (S-N-S-N). Главных полюсов всегда четное количество (2,4,6). Добавочные полюса нужны для улучшения коммутации (чтобы щетки меньше искрили), в обмотке добавочных полюсов всегда протекает только ток якоря. Добавочных полюсов столько же, сколько и главных, или в два раза меньше. Основные части якоря (ротора): сердечник якоря, обмотка якоря, коллектор. (Вал, подшипники, подшипниковые щиты, клеммная коробка, лапы и далее – к механикам). Сердечник якоря собирают из отдельных листов электротехнической стали, листы изолированы между собой лаком. Так как якорь вращается в магнитном поле главных полюсов, то для стали это поле является переменным, а там где есть переменное магнитное поле – по закону электромагнитной индукции наводится ЭДС (ЭлектроДвижущая Сила). Сталь – материал проводящий, поэтому под действием ЭДС потекут вихревые токи (токи Фуко), эти токи будут нагревать сталь и создавать потери энергии. Чтобы уменьшить эти потери, сталь шихтуют (собирают из изолированных листов), так препятствуют протеканию вихревых токов (уменьшают их). При вращении якоря в поле главных полюсов сталь сердечника постоянно перемагничивается. Чтобы намагнитить сталь, надо затратить энергию, чтобы размагнитить – надо затратить еще энергию, чтобы намагнитить в противоположном направлении – еще энергию. Чем чаще перемагничивается сталь – тем больше энергии надо затратить. Электротехническая сталь имеет самые маленькие затраты на перемагничивание (самую узкую петлю гистерезиса). Сердечник проводит основной магнитный поток. На поверхности сердечника якоря находятся пазы (часто со скосом – для уменьшения шума и вибрации, вызванных зубцовыми гармониками). В пазы укладывается обмотка якоря - медная, барабанного типа, обычно двухслойная. Концы обмоток припаиваются к выступам коллекторных пластин. Назначение ОЯ: в генераторе в ней наводится «рабочая» ЭДС, в двигателе – протекает ток, участвующий в создании «рабочего» момента. Коллектор собирается из медных пластин специальной формы (пластины располагаются вдоль вала), все пластины изолированы друг от друга и от вала. К коллектору прилегают щетки, щеток всегда столько, сколько и главных полюсов. Через коллектор и щетки происходит контакт обмотки якоря с внешней цепью. Назначение щеточно-коллекторного узла: в генераторе – механический выпрямитель переменной ЭДС, в двигателе – инвертор постоянного тока (преобразует постоянный ток из сети в переменный ток обмотки якоря). Щетки крепятся в подшипниковом щите в специальном держателе (траверсе). Схемы возбуждения МПТ (одинаковы для двигателя и генератора): 1) независимое; 2) параллельное; 3) последовательное; 4) смешанное; 5) с постоянными магнитами. 1. Генератор постоянного тока Принцип действия. Приводным двигателем вращаем якорь генератора. Подаем на обмотку возбуждения постоянное напряжение. По обмотке возбуждения потечет постоянный ток. Этот ток создаст на главных полюсах магнитный поток. Якорь вращается в этом магнитном потоке. В проводниках якоря при перемещении в магнитном поле по закону электромагнитной индукции наводится ЭДС (по правилу правой руки). В каждом проводнике ЭДС - переменная, но на коллекторе она выпрямляется, и на выводах обмотки якоря появляется постоянное напряжение. Если к выводам обмотки якоря подключить нагрузку (активное сопротивление или двигатель постоянного тока), то в цепи якоря потечет постоянный ток. Чем больше нагрузка, тем больше ток якоря. Uв → Iв → Фв → Еа → Ia Еа = се*Ф*n n Rн Сборка схемы: сначала собирают цепь обмотки якоря (Я1, Я2, амперметр для измерения Ia, выводы нагрузки Rн); затем собирают цепь обмотки возбуждения (Ш1, Ш2, амперметр для измерения Iв, регулировочный реостат Rв); последним подключают вольтметр на выводы обмотки якоря (на нагрузку), подключают приводной двигатель. Генератор с параллельным возбуждением Пуск. В генераторе с параллельным возбуждением обмотка возбуждения подключается к выводам обмотки якоря, т.е. невозможно подать напряжение в обмотку возбуждения непосредственно. Такой генератор возбуждается сам при выполнении нескольких условий: 1) наличие остаточного потока; это значит, что генератор уже работал, в нем существовало поле возбуждения. Так как поток возбуждения постоянный, то он намагничивает станину и главные полюса в одном направлении, и после окончания работы станина и полюса остаются намагниченными как слабые постоянные магниты. Чтобы проверить наличие остаточного потока надо отключить обмотку возбуждения от обмотки якоря, включить приводной двигатель и посмотреть на показания вольтметра на выводах обмотки якоря. Если остаточный поток есть, то он наведет в проводниках обмотки якоря небольшую ЭДС, и тогда вольтметр покажет небольшое напряжение на выводах обмотки якоря (≈0,05% от Uа ном). Если напряжения на выводах нет, генератор самовозбудить невозможно, нужно использовать внешний источник постоянного тока для питания обмотки возбуждения (для промагничевания станины и полюсов). 2) согласно включение обмотки возбуждения с остаточным потоком; это значит, что магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, должен совпадать по направлению с направлением остаточного потока. Чтобы проверить совпадение направлений потоков надо выполнить п.1); потом следует установить на максимум реостат в цепи обмотки возбуждения, подключить обмотку возбуждения к обмотке якоря и посмотреть на показания вольтметра на выводах обмотки якоря. Если показания вольтметра увеличились по сравнению с п.1), то ОВ подключена согласно с остаточным потоком. Если показания уменьшились, необходимо отключить стенд и поменять местами выводы ОВ (Ш1 и Ш2). При подключении обмотки возбуждения к небольшому напряжению, возникшего от остаточного потока, по ОВ потечет небольшой ток, этот ток в свою очередь создаст небольшой поток возбуждения. Если поток, созданный обмоткой возбуждения, совпадет по направлению с остаточным потоком, то суммарный поток возрастет, следовательно, возрастет и индуцированная им ЭДС – показание вольтметра на выводах обмотки якоря увеличится. Если потоки направлены встречно, то поток созданный ОВ «погасит», размагнитит остаточный поток и самовозбуждение генератора станет невозможным. Чтобы этого не произошло, в цепи обмотки возбуждения регулировочный реостат выводят на максимум – это ограничивает «всплеск» тока возбуждения. 3) частота вращения якоря генератора больше критической: n>nкр; 4) сопротивление цепи обмотки возбуждения должно быть меньше критического: Rов<Rкр. 2. Двигатель постоянного тока Принцип действия. Подаем на обмотку возбуждения постоянное напряжение. По обмотке возбуждения потечет постоянный ток. Этот ток создаст на главных полюсах магнитный поток. На обмотку якоря также подается постоянное напряжение, по ней потечет ток. Обмотка якоря устроена таким образом, что под главным полюсом ток течет по проводникам якоря в одном направлении. На каждый проводник с электрическим током в магнитном потоке действует сила. Сумма этих сил приводит якорь во вращение – создается вращающий момент. Uв → Iв → Фв М М = см*Ф*Iа Uа → Iа Чем выше нагрузка двигателя (момент сопротивления на валу), тем больше потребляемый ток якоря Ia. Сборка схемы: сначала собирают цепь обмотки якоря (клеммы сети постоянного тока, Я1, Я2, амперметр для измерения Ia, пусковой реостат Rп); затем собирают цепь обмотки возбуждения (Ш1, Ш2, амперметр для измерения Iв, регулировочный реостат Rв); последним подключают вольтметр на выводы обмотки якоря, подключают нагрузку для двигателя и тахометр (для измерения оборотов). Двигатель с параллельным возбуждением Пуск. 1) необходимо включать в цепь якоря пусковой реостат для ограничения пускового тока: из уравнения Кирхгофа для цепи якоря двигателя Ua=Ea+Ia∑Ra находим ток якоря (так как проводники якоря вращаются в магнитном поле главных полюсов, то в них, так же как и в генераторе, наводится ЭДС по закону электромагнитной индукции): ; в момент пуска обороты двигателя n=0, тогда пусковой ток равен ; сопротивление цепи якоря ∑Ra – мало (не более 2 Ом), пусковой ток очень велик, возникает круговой огонь на коллекторе – аварийная ситуация, пуск невозможен. Для уменьшения пускового тока увеличивают сопротивление цепи якоря – используют пусковой реостат Rп. Сопротивление реостата подбирают таким, чтобы пусковой ток не превышал (1.5÷3)Iaн: После разгона двигателя пусковой реостат выводят на 0. 2) регулировочный реостат Rв выводят на минимум для обеспечения максимального пускового момента (для более быстрого разгона двигателя): из формулы для момента двигателя М = см*Ф*Iа видно, что для увеличения М нужно обеспечить максимальный магнитный поток (пусковой ток ограничивается). Для этого надо обеспечить максимальный ток возбуждения, т.е. сделать сопротивление цепи возбуждения минимальным: Rв = 0.
Двигатель с последовательным возбуждением Пуск. 1) необходимо включать в цепь якоря пусковой реостат для ограничения пускового тока: из уравнения Кирхгофа для цепи якоря двигателя Ua=Ea+Ia∑Ra находим ток якоря (так как проводники якоря вращаются в магнитном поле главных полюсов, то в них, так же как и в генераторе, наводится ЭДС по закону электромагнитной индукции): ; в момент пуска обороты двигателя n=0, тогда пусковой ток равен ; сопротивление цепи якоря ∑Ra – мало (не более 2 Ом), пусковой ток очень велик, возникает круговой огонь на коллекторе – аварийная ситуация, пуск невозможен. Для уменьшения пускового тока увеличивают сопротивление цепи якоря – используют пусковой реостат Rп. Сопротивление реостата подбирают таким, чтобы пусковой ток не превышал (1.5÷3)Iaн: После разгона двигателя пусковой реостат выводят на 0. 2) двигатель с последовательным возбуждением нельзя запускать без нагрузки (вхолостую): из уравнения Кирхгофа для цепи якоря двигателя Ua=Ea+Ia∑Ra=ce*Ф*n+ Ia∑Ra: ; в двигателе с последовательным возбуждением основной магнитный поток создается током якоря, если нет нагрузки, то ток якоря Ia→0, тогда основной магнитный поток Ф→0, и частота вращения двигателя неограниченно возрастает: «двигатель идет вразнос» - аварийная ситуация, приводящая в механическим повреждениям двигателя. Т.о., двигатель с последовательным возбуждением не только нельзя пускать без нагрузки, недопустимо, чтобы в процессе эксплуатации нагрузка падала менее 25% от номинальной. |
||
Проверил |
Назикян Г.А. |
|
Выполнил |
Зубов А.И. |