Скачать презентацию Основы теории и конструкции электрических машин постоянного тока Скачать презентацию Основы теории и конструкции электрических машин постоянного тока

Основы теории электрических машин.ppt

  • Количество слайдов: 25

Основы теории и конструкции электрических машин постоянного тока Основы теории и конструкции электрических машин постоянного тока

Электрические машины Электрическая машина — это электромеханический преобразователь энергии, основанный на явлениях электромагнитной индукции Электрические машины Электрическая машина — это электромеханический преобразователь энергии, основанный на явлениях электромагнитной индукции и силы Лоренца, действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле. Электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую называется электрическим генератором, а выполняющая обратное преобразование – электрическим двигателем

Модель простейшей электрической машины – рамка с током в магнитном поле Силы и моменты, Модель простейшей электрической машины – рамка с током в магнитном поле Силы и моменты, действующие на рамку Режим двигателя ЭДС индукции в рамке обратимость Режим генератора

Машины постоянного тока Щетки коллектор Простейшая двухполюсная машина якорь индуктор Обмотка якоря Принципиальная схема Машины постоянного тока Щетки коллектор Простейшая двухполюсная машина якорь индуктор Обмотка якоря Принципиальная схема двухполюсной машины

Составные части машины постоянного тока • Индуктор (возбудитель) – магнитная система создающая постоянное магнитное Составные части машины постоянного тока • Индуктор (возбудитель) – магнитная система создающая постоянное магнитное поле, с которым взаимодействует якорь. В машинах постоянного тока является статором (неподвижной частью). • Якорь – магнитная система, взаимодействующая своим переменным магнитным полем с полем индуктора. В машинах постоянного тока является ротором. • Щёточно-коллекторный узел — узел электрической машины, обеспечивающий электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части машины. Состоит из коллектора (набора контактов, расположенных на роторе) и щёток (скользящих контактов, расположенных вне ротора и прижатых к коллектору). Коллектор машины постоянного тока состоит из отдельных ламелей, подключающих (через щетки) обмотку якоря, условия взаимодействия которой с полем индуктора наилучшие.

Анализ работы машины постоянного тока независимого возбуждения Пусть электрическая машина подключена к источнику питания Анализ работы машины постоянного тока независимого возбуждения Пусть электрическая машина подключена к источнику питания с напряжением U, внутренне сопротивление электрической машины r, частота вращения якоря w, магнитный поток индуктора Ф. Задача: найти установившееся значение крутящего Момента M, мощность и к. п. д. Ток в обмотке якоря: M Если число обмоток якоря велико: Режим тормоза Моментно-скоростная характеристика Режим двигателя Момент, развиваемый, машиной w Режим генератора

Анализ работы машины постоянного тока независимого возбуждения Механическая мощность К. п. д. N К. Анализ работы машины постоянного тока независимого возбуждения Механическая мощность К. п. д. N К. п. д мощность Мощность потерь

Управление машиной независимого возбуждения Управление машиной постоянного тока с независимым возбуждением может осуществляется за Управление машиной независимого возбуждения Управление машиной постоянного тока с независимым возбуждением может осуществляется за счет изменения напряжения питания якоря и магнитного потока индуктора. Изменение напряжения вызывает изменение максимальной мощности без изменения наклона характеристики. Изменение магнитного потока вызывает изменение угла наклона характеристики без изменения максимальной мощности M U 1

Особенности машины независимого возбуждения • Линейная зависимость между крутящим моментом и частотой вращения. • Особенности машины независимого возбуждения • Линейная зависимость между крутящим моментом и частотой вращения. • Может работать в режиме двигателя, тормоза и генератора. Режим работы определяется соотношением частоты вращения, питающего напряжения и магнитного потока • Максимальный крутящий момент и максимальная частота вращения в режиме двигателя принципиально ограничены. (Часто говорят, что характеристика такой машины жесткая) • Максимальная мощность развивается при частоте вращения, равной половине максимальной при к. п. д. 50%. • При возбуждении от постоянных магнитов нет затрат энергии на создание поля индуктора.

Машины последовательного возбуждения В электрической машине последовательного возбуждения электромагнит индуктора включен последовательно с якорем. Машины последовательного возбуждения В электрической машине последовательного возбуждения электромагнит индуктора включен последовательно с якорем. Таким образом наклон моментно-скоростной характеристики автоматически изменяется в зависимости от нагрузки М Генераторного и тормозного режимов нет N К. п. д. Общая МСХ мощность Частные (дифференциальные) МСХ w w

Особенности машины последовательного возбуждения • Гиперболическая зависимость крутящего момента и частоты вращения. Такую зависимость Особенности машины последовательного возбуждения • Гиперболическая зависимость крутящего момента и частоты вращения. Такую зависимость часто называют гибкой или эластичной. • Максимальный крутящий момент и максимальная частота вращения принципиально не ограничены (на практике ограничены индукцией насыщения магнитопроводов и трением). • Режим максимальной мощности смещен в область малых частот вращения • К. п. д. быстро возрастает с частотой вращения в области максимальной мощности и далее остается почти постоянным • Режимы генератора и тормоза отсутствуют.

Машины смешенного возбуждения Машина смешанного возбуждения содержит в индукторе обмотки последовательного и независимого возбуждения. Машины смешенного возбуждения Машина смешанного возбуждения содержит в индукторе обмотки последовательного и независимого возбуждения. Такие машины сочетают в себе достоинства машин независимого и последовательного возбуждения. Характеристика машины определяется соотношением поля независимых и последовательных обмоток и представляет собой нечто среднее между ними. В режиме малой частоты вращения работают как машины последовательного возбуждения, а в режиме малого крутящего момента – как машины независимого возбуждения. Машины смешанного возбуждения часто называют компаундными. Получили наибольшее распространение. N M К. п. д. Определяется последовательной (сериесной) обмоткой возбуждения мощность Определяется параллельной (шунтовой) обмоткой возбуждения w w

Особенности машины смешанного возбуждения • Максимальный крутящий момент и максимальная частота вращения принципиально ограничены Особенности машины смешанного возбуждения • Максимальный крутящий момент и максимальная частота вращения принципиально ограничены • Характеристика в области малых частот вращения эластичная, но в области максимальных частот – жесткая • Характеристика максимальной мощности растянутая • Работает в режиме двигателя, тормоза и генератора

Реакция якоря Поскольку магнитное поле индуктора и якоря взаимно перпендикулярны, результирующее поле будет смещено Реакция якоря Поскольку магнитное поле индуктора и якоря взаимно перпендикулярны, результирующее поле будет смещено от геометрической нейтрали. Это смещение возрастает с ростом тока и приводит к ухудшению работы электрической машины. В режиме двигателя наблюдается завал моментноскоростной характеристики в области малых частот вращения, а в режиме генератора – снижение напряжения на выводах при росте тока Холостой ход. Тока якоря практически нет Магнитное поле нагруженного якоря Магнитное поле нагруженной машины

Влияние реакции якоря на МСХ Независимое возбуждение Последовательное возбуждение M M Без учета реакции Влияние реакции якоря на МСХ Независимое возбуждение Последовательное возбуждение M M Без учета реакции С учетом реакции Без учета реакции w С учетом реакции w

Конструкция машины постоянного тока 1. Вал якоря 2. Задний подшипниковый щит 3. Коллектор 4. Конструкция машины постоянного тока 1. Вал якоря 2. Задний подшипниковый щит 3. Коллектор 4. Щетки 5. Магнитопровод якоря 6. Магнитопровод индуктора 7. Обмотка индуктора 8. Корпус статора (станина) 9. Передний подшипниковый щит 10. Вентилятор 11. Бандажи обмотки якоря 12. Лапы

Якорь машины постоянного тока Развернутая схема обмотки Секционный магнитопровод якоря Якорь машины постоянного тока Развернутая схема обмотки Секционный магнитопровод якоря

Коллектор машины постоянного тока (разборный) 1. Задняя диэлектрические шайба 2. Стяжной болт 3. Передняя Коллектор машины постоянного тока (разборный) 1. Задняя диэлектрические шайба 2. Стяжной болт 3. Передняя диэлектрическая шайба 4. Сепаратор ламелей (межламельный изолятор) 5. Петушки (места соединения коллектора и обмотки) 6. Ламели

Коллектор машины постоянного тока (неразборный) 1. Ламели 2. Пластмассовый монолитный изолятор 3. Корд 4. Коллектор машины постоянного тока (неразборный) 1. Ламели 2. Пластмассовый монолитный изолятор 3. Корд 4. Основание коллектора

Щеточный узел машины постоянного тока 1. Курок 2. Пружины 3. Щетки 4. Направляющие 5. Щеточный узел машины постоянного тока 1. Курок 2. Пружины 3. Щетки 4. Направляющие 5. Контактное кольцо 6. Гибкие проводники

Индуктор машины постоянного тока Индуктор машины постоянного тока

Коммутация машины постоянного тока • Коммутацией называется процесс поочередного соединения с внешней цепью обмоток Коммутация машины постоянного тока • Коммутацией называется процесс поочередного соединения с внешней цепью обмоток якоря в процессе его вращения. • В процессе коммутации происходит разрыв тока, что вызывает ЭДС самоиндукции, приводящую к искрению под щетками. • Минимальное искрение наблюдается при совпадении линии, соединяющей щетки и мгновенной оси магнитной системы. • Реакция якоря смещает ось магнитной системы, ухудшая коммутацию и увеличивая искрение под щетками. • Для улучшения коммутации применяют компенсационные обмотки в индукторе, поле которых компенсирует реакцию якоря. • В двигателях малой мощности компенсационные обмотки не применяют, а реакцию якоря компенсируют смещая ось щеток в сторону, противоположную вращению.

Круговой огонь по коллектору При перегрузке двигателя или коротком замыкании в цепи генератора реакция Круговой огонь по коллектору При перегрузке двигателя или коротком замыкании в цепи генератора реакция якоря может достичь значений, которые не могут быть скомпенсированы. Это резко ухудшает условия коммутации. Под щетками возникает сильное искрение. Сильно ионизированный искрами воздух выступает в роли проводника, замыкающего «убегающие» ламели. Этот процесс самоускоряющийся и приводит к быстрому замыканию щеток электрически разрядом. Круговой огонь – очень опасное явление и приводит к быстрому разрушению коллекторно-щеточного узла. Развитие кругового огня Изоляционные барьеры предотвращают круговой огонь.

Достоинства машин постоянного тока • Возможность непосредственной работы с сетью постоянного тока без выпрямителей Достоинства машин постоянного тока • Возможность непосредственной работы с сетью постоянного тока без выпрямителей и инверторов • Относительная простота управления • Практически неограниченная частота вращения • Хорошие пусковые характеристики • Прочный статор

Недостатки машин постоянного тока • Необходимость коммутации и передачи через коллекторно-щеточный узел всей мощности, Недостатки машин постоянного тока • Необходимость коммутации и передачи через коллекторно-щеточный узел всей мощности, развиваемой машиной. • Быстрый износ коллекторно-щеточного узла • Основное тепловыделение происходит в якоре, который находится внутри машины и его охлаждение затруднено. • Нерациональное использование внутреннего пространства машины