Машины постоянного тока Реакция якоря При холостом ходе

Машины постоянного тока Реакция якоря При холостом ходе магнитный поток в машине создается только намагничивающей силой обмотки возбуждения. В этом случае магнитный поток при неизменном воздушном зазоре между якорем и сердечником главного полюса (что характерно для многих машин постоянного тока) распределяется симметрично относительно продольной оси машин. При работе машины под нагрузкой по обмотке якоря проходит ток, и намагничивающая сила якоря создает свое магнитное поле. Воздействие поля якоря на магнитное поле машины называют реакцией якоря. Магнитный поток Фaq, созданный намагничивающей силой якоря Faq в двухполюсной машине при установке щеток на нейтрали направлен по поперечной оси машины, поэтому магнитное поле якоря называют поперечным.

Машины постоянного тока Реакция якоря Магнитное поле машины постоянного тока: от обмотки возбуждения (а), от обмотки якоря (б) и результирующее (в)

Машины постоянного тока Реакция якоря В результате действия потока Фaq симметричное распределение магнитного поля машины искажается, и результирующий поток Фрез оказывается сосредоточенным в основном у краев главных полюсов. При этом физическая нейтраль б-б (линия, соединяющая точки окружности якоря, в которых индукция равна нулю) смещается относительно геометрической нейтрали а-а на некоторый угол β. В генераторах физическая нейтраль смещается по направлению вращения якоря; в двигателях – против направления вращения

Машины постоянного тока Реакция якоря оказывает неблагоприятное влияние на работу машины постоянного тока: а) физическая нейтраль смещается относительно геометрической нейтрали на некоторый угол, что ухудшает коммутацию коллекторной машины; б) результирующий магнитный поток машины при насыщенной магнитной цепи уменьшается, а значит, уменьшается ЭДС Е, индуктированная в обмотке якоря при нагрузке, по сравнению с ЭДС Е 0 при холостом ходе; в) в кривой распределения индукции в воздушном зазоре под краями главных полюсов возникают пики, способствующие образованию в машине кругового огня.

Коммутация в коллекторных машинах постоянного тока Необходимым условием долговечности коллекторной машины постоянного тока является отсутствие искрения под щетками, так как искры быстро разрушают пластины коллектора и щетки. Причины искрения могут быть механическими и электрическими. Основная механическая причина искрения – это ухудшение контакта между коллектором и щетками. Электрической причиной является неудовлетворительная коммутация. Коммутацией в электрических машинах называется совокупность явлений происходящих при изменении направления тока в секциях обмотки якоря во время замыкания щетками этой секции накоротко. В реальных условиях неизбежно возникают ЭДС самоиндукции в коммутирующей секции и ЭДС взаимоиндукции, индуктируемая изменениями тока в соседних секциях, коммутируемых одновременно.

Коммутация в коллекторных машинах постоянного тока Обе эти ЭДС согласно принципу Ленца противодействуют изменению тока в секции, задерживают это изменение. Реактивная ЭДС ер задерживает изменение тока и делает коммутацию замедленной в течение большей части периода, но к концу периода, неизбежно ускоренное изменение величины тока в секции, что вызывает увеличение реактивной ЭДС. Плотность тока под щеткой становится неравномерной. Она сильно возрастает у края пластины, которая выходит из-под краев щетки, а это может вызвать сильное нагревание щетки и пластины коллектора. Обе эти причины могут обусловить искрение – возникновение электрических дуг под щеткой со стороны уходящей пластины коллектора.

Коммутация в коллекторных машинах постоянного тока Для того, чтобы скомпенсировать действие реактивной ЭДС, необходимо противопоставить ей вторую ЭДС, называемую коммутирующей ЭДС ек. Таким образом, условие идеальной коммутации В большинстве случаев ek индуктируется магнитным полем дополнительных полюсов машины. В машинах малой мощности для создания коммутирующего магнитного поля вместо дополнительных полюсов применяется сдвиг щеток с геометрической нейтрали. Причем в генераторе щетки должны быть сдвинуты по направлению вращения якоря, а в двигателе – против направления вращения.

Коммутация в коллекторных машинах постоянного тока Особо опасный случай неблагоприятной коммутации представляет собой круговой огонь по коллектору. Это – мощная электрическая дуга, замыкающаяся непосредственно по коллектору или перекидывающаяся на станину машины, при этом повреждение машины может быть весьма значительным. Круговой огонь возникает при резком броске тока якоря, что вызывает увеличение реактивной ЭДС, а она создает мощную дугу между щеткой и краем уходящей пластины. Эта дуга удерживается и растягивается вследствие вращения коллектора; в результате возникает короткое замыкание непосредственно на коллекторе машины, разрушающее коллектор и щетки

Генераторы постоянного тока В зависимости от способа питания обмотки возбуждения различают генераторы: - с независимым возбуждением; - с параллельным возбуждением; - с последовательным возбуждением (сериесный); - со смешанным возбуждением (компаундный); он имеет две обмотки возбуждения; одна включена параллельно обмотке якоря, а другая - последовательно с нею и нагрузкой. Генераторы малой мощности иногда выполняются с постоянными магнитами. Свойства таких генераторов близки к свойствам генераторов с независимым возбуждением.

Генераторы постоянного тока с независимым возбуждением В генераторе с независимым возбуждением ток возбуждения не зависит от тока якоря Iа, который равен току нагрузки Iн. Обычно ток возбуждения невелик и составляет 1… 3 % от номинального тока якоря. Основными характеристиками генератора являются характеристики: холостого хода, внешняя, регулировочная и нагрузочная

Генераторы постоянного тока с независимым возбуждением U 0=E 0 Еост 0 IB Характеристика холостого хода генератора с независимым возбуждением U 0=f(Iв) при Iн=0 и n=const Расхождение входящей и нисходящей ветвей характеристики объясняется наличием гистерезиса в магнитопроводе машины. Eост составляет 2… 4 % от Uном.

Генераторы постоянного тока с независимым возбуждением U ΔUн U 0 Uн 0 Iном Iн Внешняя характеристики генератора с независимым возбуждением U=f(Iн) при n=const и Iн=const Под нагрузкой напряжение генератора ∑r – сумма сопротивлений всех обмоток, включенных последовательно в цепь якоря (якоря, дополнительных полюсов и компенсационной обмотки)

Генераторы постоянного тока с независимым возбуждением С увеличением нагрузки напряжение U уменьшается по двум причинам: - из-за падения напряжения во внутреннем сопротивлении ∑r машины; - из-за уменьшения ЭДС E в результате размагничивающего действия реакции якоря. Величина ΔU составляет 3… 8 %.

Генераторы постоянного тока с независимым возбуждением Iв Iв 0 Iн Регулировочная характеристики генератора с независимым возбуждением

Генераторы постоянного тока с параллельным возбуждением В генераторе с параллельным возбуждением обмотка возбуждения присоединена через регулировочный реостат параллельно обмотке якоря. Для нормальной работы приемников электроэнергии необходимо поддерживать постоянство напряжения на их зажимах, несмотря на изменение общей нагрузки генератора. Это осуществляется посредством регулирования тока возбуждения.

Генераторы постоянного тока с параллельным возбуждением E, U С β eв Еост E 0 = U iвr γкр γ 0 в Iв Iв 0 В Зависимость e=f(iв) представляет собой характеристику холостого хода генератора ОА, прямая ОВ – ВАХ сопротивления Rв (tgγ= Rв). Параметры цепи подбираются так, чтобы в Iв точке С обеспечивалась устойчивость режима самовозбуждения. А Характер изменения ЭДС и тока возбуждения генератора в процессе возбуждения

Генераторы постоянного тока с параллельным возбуждением Регулировочной характеристикой генератора называется зависимость тока возбуждения Iв от тока якоря Iа при постоянном напряжении U и скорости n. Регулировочная характеристика показывает, как надо изменять ток возбуждения для того, чтобы при изменениях нагрузки поддерживать постоянство напряжения на зажимах генератора. Эта кривая сначала почти прямолинейна, но затем загибается вверх от оси абсцисс, вследствие влияния насыщения магнитопровода машины. Следовательно, в машине используется принцип самовозбуждения, при котором обмотка возбуждения получает питание непосредственно от самого генератора. Самовозбуждение генератора возможно только при наличии гистерезиса в магнитной цепи.

Генераторы постоянного тока с параллельным возбуждением При вращении якоря в его обмотке потоком остаточного магнетизма индуктируется ЭДС Еост, и по обмотке возбуждения начинает протекать ток. Если обмотка возбуждения включена так, что ее НС Fв направлена согласно с НС остаточного магнетизма, то магнитный поток возрастает, увеличивая ЭДС Е, поток Ф и ток возбуждения Iв. Машина самовозбуждается и начинает устойчиво работать с Iв=const, E=const, зависящими от величины сопротивления Rв цепи возбуждения. При увеличении Rв до критического значения Rв. кр, соответствующего γкр , угол β≈0 и режим самовозбуждения становится неустойчивым, при этом ЭДС генератора уменьшается до Еост. Таким образом, для нормальной работы генератора с параллельным возбуждением необходимо, чтобы Rв

U Генераторы постоянного тока с параллельным возбуждением ΔU н U 0 =E 0 Uн b a Iн Iк Iном Iкр Внешняя характеристика генератора с самовозбуждением располагается ниже внешней характеристики генератора с независимым возбуждением. Объясняется это тем, что в рассматриваемом генераторе напряжение уменьшается не только с ростом нагрузки и размагничивающего действия реакции якоря, но и вследствие уменьшения тока возбуждения Iв, который зависит от напряжения U, т. е. от тока Iн

Генераторы постоянного тока с последовательным возбуждением В генераторе с последовательным возбуждением ток возбуждения Iв=Iа=Iн

Генераторы постоянного тока с последовательным возбуждением E, U 2 Umax 1 Iн Iкр Внешняя характеристика (1) и характеристика холостого хода (2) генератора с последовательным возбуждением В генераторе с последовательным возбуждением напряжение сильно изменяется при изменении нагрузки, такие генераторы практически не применяются. Их используют лишь при электрическом торможении двигателей с последовательным возбуждением, которые при этом переводятся в генераторный режим.