Узловский техникум железнодорожного транспорта Программа по Электротехнике Разработали

Узловский техникум железнодорожного транспорта Программа по Электротехнике Разработали: Готфрид И. А Сляднев А. Б. Материал подготовлен: Козловой И. В. 2001 год

1. Поперечный разрез машины постоянного тока 1 -сердечник якоря с проводниками обмотки; 2 -катушка обмотки возбуждения; 3 -вал; 4 -главный полюс; 5 -дополнительный полюс; 6 -статор.

2. Устройство машины постоянного тока 1 -коллектор; 2 -щетки; 3 -сердечник якоря; 4 -сердечник главного полюса; 5 -полюсная катушка; 6 -статор; 7 -подшипниковый щит; 8 -вентилятор; 9 -обмотка якоря.

3. Принцип работы. 3. 1. Генератор постоянного тока. В генераторе энергия механического движения преобразуется в электрическую энергию. Двигатель, в качестве которого обычно используют турбину, или двигатель внутреннего сгорания вращает якорь в магнитном поле возбуждения. Вследствие этого вращения изменяется магнитный поток пронизывающий витки, обмотки якоря. При этом индуктируется э. д. с. , пропорциональная скорости изменения магнитного потока: е=- (d. Ф/dt), где -число витков, пронизываемых изменяющимся магнитным потоком Ф; d. Ф/dt – производная магнитного потока по времени, или скорость изменения магнитного потока. В реальном генераторе постоянного тока магнитный поток, пронизывающий каждый виток обмотки якоря, периодически изменяется Соответственно изменяется и э. д. с. в каждом витке обмотки по значению и направлению. Для получения постоянной э. д. с. используют различные выпрямители, в частности, генератор постоянного тока снабжается механическим выпрямителем – коллектором. Коллектор автоматически переключает концы витков обмотки при изменении направлении э. д. с.

3. 2. Двигатель постоянного тока Если подключить машину постоянного тока к электрической сети, через обмотку якоря потечет ток. В соответствии с законом Ампера, на проводники обмотки якоря, Находящиеся в магнитном поле возбуждения, действуют механические силы. Эти силы создают момент, по действием которого якорь начинает раскручиваться. Вращающийся вал якоря используют для привода в действие различных механизмов: подъемных и транспортных средств, станков, швейных машин и т. д. При подключении механической нагрузки скорость вращения якоря уменьшается, а следовательно уменьшится и значение противо-э. д. с. Ток и электрическая мощность, потребляемые двигателем из сети, возрастут.

4. Якорь и коллектор машины постоянного тока Основным элементом обмотки якоря является секция – часть обмотки подсоединенная к двум коллекторным пластинам, которые следуют друг за другом по схеме обмотки (смотрите рисунок) А) Б)

В современных машинах постоянного тока применяют двухслойные обмотки якоря, в каждом пазу которого укладываются две активные стороны двух различных секций. Очевидно, что в этом случае число пазов равно числу секций. Для уменьшения пульсаций э. д. с. секции обмотки соединяют последовательно: к коллекторной пластине припаивают конец одной секции и начало следующей. Таким образом, число коллекторных пластин также оказывается равным числу секций. При проектировании и расчете обмоток якорей используют следующие понятия: первый частичный шаг у1 (ширина секции) – число пазов, расположенных между активными сторонами секции; второй частичный шаг у2 – число пазов между активными сторонами секции; результирующий шаг у – число пазов начальными сторонами двух последовательно соединенных секций; шаг обмотки по коллектору Ук – число коллекторных пластин между началом и концом секции по ходу обмотки. В зависимости от формы секции имеет форму петли, а начало и конец секции припаяны к двум соседним коллекторным пластинам. (рис А)

Расчет простой петлевой двухслойной обмотки осуществляют по следующим формулам: где z – число пазов якоря; р число пар полюсов машины; b – дробь, которую отнимают или добавляют к значению у, чтобы оно стало целым числом Группы секций образуют параллельные ветви, число которых равно числу полюсов машины. Наличие параллельных ветвей позволяет уменьшить токовые нагрузки на щетки, что очень важно, так коллекторно-щеточный контакт – самый уязвимый и ненадежный элемент электрической машины постоянного тока. В волновой обмотке секция по форме напоминает волну (рис Б) Расчет простой волновой двухслойной обмотки осуществляется по формуле:

где k – число коллекторных пластин. Простая волновая обмотка всегда имеет одну параллельных ветвей. Волновую обмотку, в которой половина секций всегда соединена последовательно, применяют в электрических машинах, рассчитанных на высокие напряжения. В машинах, рассчитанных на сильные токи, используют петлевые обмотки с большим числом параллельных ветвей. Для увеличения числа параллельных ветвей разработаны схемы сложных петлевых и волновых обмоток, состоящих из двух или нескольких простых обмоток.

5. Реакция якоря

6. Коммутация

Процесс переключения секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую и связанные с ним явления в короткозамкнутых секциях называют коммутацией машины. Время, в течение которого секция обмотки накоротко замкнута щеткой, называют периодом коммутации Т. Для получения прямолинейной необходимо скомпенсировать магнитные поля, в которых находится короткозамкнутая секция обмотки якоря. Самый простой способ улучшения коммутации – сместить щетки с геометрической нейтрали. Однако он пригоден только для машин работающих при постоянной нагрузке. Действительно, при изменении нагрузки изменится угол поворота физической нейтрали относительно геометрической и регулировка коммутации нарушится. Поэтому в современных машинах постоянного тока применяют другой способ компенсации магнитных полей в области вращения короткозамкнутых секций обмотки якоря. При этом щетки размещают на геометрической нейтрали, а между главными полюсами машины устанавливают дополнительные полюсы, обмотки которых включают последовательно с обмоткой якоря. Магнитный поток дополнительных полюсов пропорционален току нагрузки и компенсация достигает при всех режимах работы машины.

Помимо электрических причин на коммутацию влияют механические дефекты: неправильный выбор щеточных пружин, отклонение формы коллектора от цилиндрической, загрязнение поверхности коллектора, плохое прилегание щеток к коллектору. Поэтому в процессе эксплуатации машины необходимо тщательно следить за щеточно-коллекторным узлом и обнаруженные дефекты немедленно устранить: очистить коллектор от грязи и угольной пыли, заменить и притереть щетки, проточить коллектор на токарном станке и т. д. Кроме того, на коммутацию сопротивления влияют сопротивления щеток. Однако не следует забывать, что через щетку протекает ток нагрузки и увеличение ее сопротивления приводит к возрастанию потерь напряжения внутри машины. Несмотря на все предупредительные меры, полностью устранить искрение под щетками не удается. Поэтому правилами эксплуатации допускается слабое точечное искрение под небольшой частью поверхности щетки. Особенно опасен для машины «круговой огонь» по коллектору. Увеличение искрения под щетками приводит к подгаранию коллектора. В результате возникает дуговой разряд, обмотка машины замыкается накоротко, а ток в обмотке якоря становится недопустимо большим. Возникновение «кругового огня» является аварийным режимом

7. Генераторы постоянного тока независимого возбуждения Схема генератора постоянного тока независимого возбуждения Характеристика холостого хода генератора независимого возбуждения

Внешние характеристики генератора независимого возбуждения при отсутствии (прямая 1) и наличии (кривая 2) размагничивающего действия реакции якоря Регулировочная характеристика генератора независимого возбуждения

8. Генераторы с самовозбуждением Схема генератора параллельного возбуждения Внешние характеристики генератора параллельного возбуждении (кривая 1) и независимости возбуждении (кривая 2)

Генератор последовательного возбуждения с внешней характеристикой Схема генератора смешанного возбуждения

Внешние характеристики генератора смешанного возбуждения при согласном (кривая 1) и встречном (кривая 2) включении обмоток возбуждения

9. Двигатели постоянного тока независимо параллельного возбуждения Схема включения в сеть двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

Механическая характеристика двигателей постоянного тока параллельного и независимого возбуждения Рабочие характеристики двигателей постоянного тока параллельного и независимого возбуждения

Нажать здесь для перехода к тестированию