Сварочный генератор с двойной полюсной системой.

Приложение к лекциям №№ 19 – 23, СЭМ, 2-й курс, ЭМ

Вопросы к зачету по лекциям №№ 19-23 для 21-22 ЭМ

1. Устройство и основные элементы конструкции МПТ

2. Получение постоянного тока при помощи коллектора

3. Якорные обмотки машин постоянного тока

4. Преобразование механической энергии в электрическую и обратно.

5. Принцип действия генераторов постоянного тока

6. Магнитные цепи машин постоянного тока

Реакция якоря машины постоянного тока

Коммутация в коллекторных машинах постоянного тока

9. Классификация генераторов МПТпо способу возбуждения.

10. Генератор с независимым возбуждением.

12. Генератор с последовательным возбуждением.

13. Генератор со смешанным возбуждением.

14. Двигатели постоянного тока. Общие вопросы теории.

15. Пуск, регулирование частоты вращения, реверс, работа двигателей постоянного тока.

16. Двигатель с параллельным возбуждением.

17. Система "генератор — двигатель".

18. Двигатель с последовательным возбуждением.

19. Двигатель со смешанным возбуждением.

20. Параллельная работа генераторов с параллельным возбуждением

21. Параллельная работа генераторов со смешанным возбуждением

22. Сварочный генератор с двойной полюсной системой.

23. Трехщеточный генератор.

24. Электромашинные усилители.

25. Исполнительные двигатели постоянного тока.

26. Потери и коэффициент полезного действия

27. Типы машин постоянного тока

Устройство и основные элементы конструкции МПТ

Машины постоянного тока — генераторы и двигатели — находят себе широкое применение в современных электроустановках. Они выполняются с неподвижными полюсами и вращающимся якорем. На рис. 5-1 представлен схематически разрез четырехполюсной машины. Здесь же приведены названия ее основных частей.

Рис. 5-1. Основные части машины постоянного тока.

Характерной частью машин постоянного тока МПТ является коллектор. Он состоит из медных пластин, разделенных изоляционными прослойками и собранных в виде цилиндра (рис. 5-2,а).

Рис. 5-2. Коллектор (а) и лист якоря (б)

Рис. 5-3. Пазы якоря

Рис. 5-4. Машина постоянного тока в разобранном виде.
а — статор, б — якорь, в — подшипниковые щиты, г — траверса со щеткодержателями, д—коробка, прикрывающая зажимы.

Коллектор состоит из клинообразных пластин твердотянутой меди, которые изолируются друг от друга и от корпуса коллектора миканитом (с малым содержанием связующих веществ). Его конструкция показана на рис. 5-5.

Рис. 5-5. Конструкция коллектора.

Щеткодержатели укрепляются на щеточных болтах, которые в свою очередь укрепляются на траверсе (рис. 5-4,г).

Рис. 5-6. Щетка и щеткодержатель со щеткой.
1 — отверстие для щеточного болта; 2 — щетка; 3 — пружина.

магнитный поток, создаваемый электромагнитами машины, будет проходить только по якорю (рис. 5-7). Если принять, что э.д.с. в проводниках наводятся в результате пересечения проводниками индукционных линий магнитного потока в воздушном зазоре, то при вращении якоря э.д.с. возникнут только в проводниках, лежащих на наружной поверхности якоря.

Рис. 5-7. Направление э.д.с., наведенных в обмотке кольцевого якоря.

Направления э.д.с. найдем, пользуясь правилом правой руки.

Приспосабливать обмотку якоря для непосредственного контакта со щетками нецелесообразно; гораздо лучше и надежнее этот контакт обмотки со щетками осуществить при помощи пластин коллектора; они при этом соединяются проводниками с отдельными витками замкнутой обмотки якоря (рис. 5-8), и, таким образом, щетки посредством коллектора так же делят обмотку якоря на параллельные ветви, как это было при непосредственном их контакте с проводниками якоря.

Рис. 5-8. Коллекторные пластины как замена непосредственного контакта щеток с проводниками якоря.

Часть обмотки, находящаяся при ее обходе между следующими друг за другом коллекторными пластинами, называется секцией. Секция может состоять из одного или нескольких витков (рис. 5-9). Ширину секции следует выбирать или равной полюсному делению (расстояние по окружности якоря между осями соседних полюсов), или близкой к нему. Секционные стороны в пазах обычно размещают в два слоя. На рис. 5-10 показаны пазы якоря с размещенными в них секционными сторонами. Здесь прямоугольниками изображены секционные стороны, которые могут состоять из одного или нескольких активных проводников.

Рис. 5-9. Одновитковая секция, заложенная в пазы (а), и трехвитковая секция (б).

Нумерация элементарных пазов производится так, как показано на рис. 5-10.

Рис. 5-10. Пазы якоря

Секция обмотки укладывается в пазы таким образом, чтобы одна ее сторона находилась в верхнем слое паза, а другая сторона в нижнем слое

На рис. 5-11 изображены секции обмоток. Здесь часть секции, находящаяся в верхнем слое, изображена сплошной линией, а часть секции, находящаяся в нижнем слое, — пунктирной линией.

Рис. 5-11. Секции якорных обмоток.

Барабанные обмотки делятся на петлевые и волновые. Секции петлевой обмотки показаны на рис. 5-11,а и волновой обмотки — на рис. 5-11,б.

Электрические машины предназначены для преобразования механической энергии в электрическую (генераторы) и электрической энергии в механическую (двигатели). Принцип действия всех электромашин основан на законе электромагнитной индукции и возникновении электромагнитной силы.

При переходе активных сторон через плоскость, перпендикулярную магнитному полю, индуктируемые в них э. д. с. меняют свое направление. В рамке будет действовать э д. с, переменная как по величине, так и по направлению. Если концы рамки через коллектор соединить с внешней цепью, то в цепи будет протекать переменный ток.

Рис 23 Принцип получения переменного тока

/ — щетки. 2 — контактные кольца, 3 — стальной сердечник; 4 —рамка

Для выпрямления тока электрическая машина снабжена специальным устройством — коллектором.

Простейший коллектор представляет собой два изолированных полукольца, к которым присоединяют концы вращающейся в магнитном поле рамки (рис. 24,а).

С внешней цепью коллекторные пластины соединены при помощи неподвижных щеток, рабочие поверхности которых свободно скользят по вращающемуся коллектору 2. Щетки на коллекторе устанавливают так, чтобы они переходили с одного полукольца на другое в тот момент, когда индуктируемая в рамке э. д. с. равна нулю. При повороте на 90°, когда рамка займет горизонтальное положение, в ее проводниках э. д. с. не индуктируется, так как они не пересекают магнитного поля. Ток в контуре также равен нулю.

Рис 24. Принцип получения постоянного тока

Рис 25 Машина постоянного тока

/ — станина. 2, '4 — главные и добавочные полюсы. 4 — вентилятор 5 — якорь. 6 — ко ментор. 7 —угольные щетки. 8 — щеткодержатели; 9 — траверса

При перемещении еще на 90* рамка снова займет вертикальное положение, ее проводники поменяются местами и направление э. д. с и тока в них изменится. Так как щетки неподвижны, то к щетке 3 (+) по-прежнему подходит ток от рамки и далее через приемник направляется к щетке 1(-). Таким образом, во внешней цепи направление тока не изменяется.

График выпрямленных э д с и тока изображен на рис. 24,б. Выпрямленный ток имеет пульсирующий характер. Пульсацию тока можно уменьшить увеличением числа рамок, вращающихся в магнитном поле машины, и соответственно числа коллекторных пластин.

Магнитные цепи МПТ

Характерной особенностью МПТ является (рис. 4.2):

- постоянство (в пространстве) магнитного потока возбуждения;

- наличие преобразователя переменного тока в постоянный, в коллекторных машинах – это механический преобразователь (коллектор).

Рис. 4.2. Электромагнитная схема машины постоянного тока (а) и схема ее

включения (б).(1- обмотка возбуждения; 2- главный полюс; 3- коллектор; 4-щетки; 5- обмотка якоря).

Следовательно, благодаря наличию коллектора при работе машины постоянного тока в двигательном режиме скорость вращения ротора не связана жестко с частотой сети, как в асинхронных и синхронных машинах, а может изменяться в широких пределах путем изменения напряжения U и магнитного потока Ф.

Ось симметрии, разделяющая полюса МПТ, называется ее геометрической нейтралью.

В результате действия потока Ф_aq симметричное распределение магнитного поля машины искажается, и результирующий поток Ф_рез 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 (рис.4.4). В генераторах физическая нейтраль смещается по направлению вращения якоря; в двигателях – против направления вращения.

Рис. 4.4. Магнитное поле машины постоянного тока: от обмотки возбуждения (а), от обмотки якоря (б) и результирующее (в).

Вследствие сосредоточенного характера обмотки возбуждения, кривая распределения создаваемой ею НС имеет форму прямоугольника, а кривая индукции – форму криволинейной трапеции (рис.4.5).

Рис.4.5. Распределение индукции в воздушном зазоре машины постоянного тока: от обмотки возбуждения (а), от обмотки якоря (б) и результирующее (в).

Следовательно, НС якоря F_aq изменяется линейно вдоль его окружности; под серединой главного полюса она равна нулю, а в точках, где установлены щетки, имеет максимальное значение.

В генераторе со смешанным возбуждением на главных полюсах помещаются две обмотки: одна из них соединяется параллельно, другая — последовательно с якорем (рис. 5-41,г).

Рис. 5-41. Генераторы постоянного тока.

По параллельной обмотке возбуждения проходит небольшой ток, составляющий 1—5% номинального тока якоря. Она выполняется обычно с большим числом витков из проводника относительно небольшого сечения.

По последовательной обмотке возбуждения проходит полный ток якоря, поэтому она выполняется с небольшим числом витков из проводника относительного большого сечения.

Основными характеристиками генератора являются характеристики: холостого хода, внешняя, регулировочная и нагрузочная.

а) б)

Рис. 4.8. Принципиальная схема генератора с независимым возбуждением (а) и его характеристика холостого хода (б).

Характеристика холостого хода U₀=f(I_в) при I_н=0 и n=const (рис. 4.8б). Расхождение входящей и нисходящей ветвей характеристики объясняется наличием гистерезиса в магнитопроводе машины. E_ост составляет 2…4 % от U_ном.

а) б)

Рис. 4.9. Внешняя (а) и регулировочная (б) характеристики генератора с независимым возбуждением.

Внешней характеристикой называется зависимость U=f(I_н) при n=const и I_н=const (рис. 4.9а).

в машине используется принцип самовозбуждения, при котором обмотка возбуждения получает питание непосредственно от самого генератора.

а)

б)

Рис. 4.10. Принципиальная схема генератора с параллельным возбуждением (а); характер изменения ЭДС и тока возбуждения генератора в процессе возбуждения (б).

Самовозбуждение генератора возможно только при наличии гистерезиса в магнитной цепи.

Внешняя характеристика генератора с самовозбуждением располагается ниже внешней характеристики генератора с независимым возбуждением (рис. 4.11). 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 , который зависит от напряжения U, т. е. от тока I_н.

Рис. 4.11. Внешние характеристики генераторов с независимым (верхняя кривая) и параллельным (нижняя кривая) возбуждением.

Ток короткого замыкания создается только ЭДС от остаточного магнетизма и составляет (0,4…0,8) I_ном.

Работа на участке ab внешней характеристики неустойчива.

Регулировочная характеристика генератора с параллельным возбуждением имеет такой же вид, как и для генератора с независимым возбуждением.

В генераторе с последовательным возбуждением(рис. 4.12а) ток возбуждения I_в=I_а=I_н.

а) б)

Рис. 4.12. Схема генератора с последовательным возбуждением (а) и его внешняя характеристика (б).

Внешняя характеристика (кривая 1) и характеристика холостого хода (кривая 2) изображены на рис. 4.12б. Ввиду того, что 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

Схема генератора со смешанным возбуждением приведена на рис. 5-54. Можно ее изменить, соединив конец параллельной обмотки возбуждения a с точкой b. Полученная в этом случае схема принципиально не будет отличаться от приведенной на рис. 5-54.

Рис. 5-54. Генератор со смешанным возбуждением.

Мы видели, что у генератора с параллельным возбуждением напряжение при увеличении нагрузки падает и что для поддержания его постоянным нужно увеличивать ток возбуждения.

В генераторе со смешанным возбуждением последовательная обмотка при увеличении нагрузки автоматически увеличивает магнитный поток соответственно току, проходящему по ней.

Таким образом, создается возможность иметь почти постоянное напряжение при любых нагрузках. Внешняя характеристика генератора имеет вид, представленный на рис. 5-55 (кривая а). Для получения этой характеристики последовательную обмотку нужно присоединить таким образом, чтобы поток, создаваемый ею, складывался с потоком, создаваемым параллельной обмоткой. Такое соединение последовательной обмотки называется согласным. Оно наиболее часто применяется на практике. При встречном (дифференциальном) включении обеих обмоток — последовательной и параллельной — напряжение при увеличении нагрузки будет резко падать (кривая с на рис. 5-55).

Рис. 5-55. Внешние характеристики генераторов со смешанным возбуждением.

В некоторых случаях применяются генераторы, которые автоматически поддерживают приблизительно постоянное напряжение в конце линии на зажимах приемников. Их внешняя характеристика представлена на рис. 5-55 (кривая b).

В двигателе с параллельным возбуждением(рис. 4.13а) обмотка возбуждения подключена параллельно с обмоткой якоря к сети.

а) б)

Рис. 4.13. Схема двигателя с параллельным возбуждением (а) и его механические характеристики (б).

Если пренебречь размагничивающим действием реакции якоря, то можно считать, что магнитный поток двигателя не зависит от тока нагрузки. В этом случае механическая характеристика двигателя ω=f(M) будет линейной.

Здесь ДПТ — двигатель переменного тока (обычно асинхронный); Г — генератор постоянного тока независимого возбуждения, получающий ток возбуждения от небольшого генератора с параллельным возбуждением В; Д — регулируемый двигатель и РМ — рабочий механизм (например, рулевая машина). Регулирование скорости вращения двигателя получается достаточно экономичным, так как здесь изменение напряжения U на зажимах двигателя достигается путем изменения относительно небольшого тока в обмотке возбуждения генератора. В схеме не требуется также пусковой реостат, так как пуск производится при пониженном напряжении, которое в дальнейшем постепенно повышается.

Здесь же легко осуществляется реверсирование двигателя (изменение направления вращения), если это требуется. В этом случае изменяют направление тока в обмотке возбуждения генератора при помощи переключателя (не показанного на рис. 5-61).

Рис. 5-61. Система генератор-двигатель.

В двигателе с последовательным возбуждением (рис. 4.14а) ток возбуждения равен току якоря: I _в = I _а , поэтому магнитный поток Ф является функцией тока нагрузки I _а. Характер этой функции изменяется в зависимости от величины нагрузки. При I_a<(0,8…0,9) I_ном, когда магнитная система ненасыщенна, Ф=к_фI_а , причем коэффициент пропорциональности К_ф в значительном диапазоне нагрузок остается практически постоянным. При дальнейшем возрастании нагрузки поток Ф растет медленнее, чем I_a , и при больших нагрузках (I_a>I_ном) можно считать, что Ф=const. В соответствии с этим изменяются и зависимости n=f(I_a), M=f(I_a) (рис. 4.14б).

а) б)

Рис.4.14. Схема двигателя с последовательным возбуждением (а) и зависимости его момента и скорости вращения от тока якоря (б).

Кроме естественных характеристик 1, можно путем включения добавочных сопротивлений r_n в цепь якоря получить семейство реостатных характеристик 2, 3, и 4. Чем больше величина r_n, тем ниже располагается характеристика.

Достоинством двигателя со смешанным возбуждением является то, что он, обладая мягкой механической характеристикой, может работать при холостом ходе, так как его скорость холостого хода n₀ имеет конечное значение.

Рис.4.15. Механические характеристики двигателя со смешанным возбуждением.

Схема двигателя со смешанным возбуждением представлена на рис. 5-66. Обычно последовательная обмотка включается согласно с параллельной таким образом, чтобы ее н.с. складывалась с н.с. параллельной обмотки. В этом случае скорость вращения двигателя при увеличении нагрузки будет более резко падать, чем у двигателя с параллельным возбуждением и менее резко, чем у двигателя с последовательным возбуждением.

Рис. 5-66. Двигатель со смешанным возбуждением.

Двигатели с параллельным возбуждением, имеющие возрастающую скоростную характеристику (пунктирная кривая на рис. 5-58), не могут работать устойчиво, поэтому они снабжаются последовательной обмоткой с небольшим числом витков, действующей согласно с параллельной обмоткой.

Число ее витков рассчитывается таким образом, чтобы получилась падающая скоростная характеристика, при которой работа двигателя становится устойчивой. Такая последовательная обмотка называется стабилизирующей.

На рис. 5-67 представлена соответствующая схема. Пусть генератор Г₁ приключен к общим шинам и несет некоторую нагрузку; требуется включить на параллельную работу с ним второй генератор Г₂. Для этого нужно установить напряжение на его зажимах равным напряжению на общих шинах, что достигается регулированием тока возбуждения (в редких случаях регулированием скорости вращения). Перед тем как включить однополюсный рубильник Р, необходимо проверить соответствие полярностей шин и зажимов приключаемого генератора, что делается при помощи вольтметра V₁. Только в том случае, когда вольтметр V₁ покажет ноль, можно включить однополюсный рубильник Р. После этого генератор Г₂ будет включен на параллельную работу с генератором Г₁. Однако он не отдает и не потребляет тока, так как его э.д.с. E и напряжение на шинах взаимно уравновешены.

Рис. 5-67. Параллельная работа генераторов с параллельным возбуждением.

Для того чтобы перевести часть нагрузки с генератора Г₁ на генератор Г₂, сохраняя при этом напряжение U на шинах постоянным, нужно изменить токи возбуждения обоих генераторов: у генератора Г₁ ток возбуждения нужно уменьшить, а у генератора Г₂ — увеличить. При этом изменятся токи и мощности, отдаваемые генераторами в сеть.

При параллельной работе генераторов со смешанным возбуждением, имеющих согласное включение обмоток возбуждения, схема должна быть выполнена, как показано на рис. 5-68. Здесь необходим уравнительный провод a—b, так как при его отсутствии работа будет неустойчивой: будет наблюдаться случайное перераспределение нагрузки между генераторами. Действительно, начальная часть внешней характеристики а на рис. 5-55 показывает, что случайное увеличение э.д.с. одного из генераторов (например, вследствие возрастания скорости вращения) и, следовательно, увеличение его тока приводят к еще большему увеличению э.д.с. и тока до тех пор, пока скорость вращения первичного двигателя из-за перегрузки, а поэтому и э.д.с. генератора не снизятся настолько, что процесс нарастания тока прекратится. Ток другого генератора будет уменьшаться, и машина может даже перейти на работу двигателем.

Рис. 5-68. Параллельная работа генераторов со смешанным возбуждением.

Сварочный генератор с двойной полюсной системой.

Рассматриваемая машина иначе называется сварочным генератором с "расщепленными" полюсами. Одна из них схематически представлена на рис. 5-71. Здесь мы имеем двойную полюсную систему N₁—N₂ и S₁—S₂, причем полюсы N₁ и S₁ слабо насыщены, а полюсы N₂ и S₂ сильно насыщены (их сердечники имеют сравнительно небольшое сечение). Обмотка возбуждения присоединена к главной щетке В и к вспомогательной щетке b, помещенной между главными щетками А и В, находящимися на геометрической нейтрали.

Рис. 5-71. Сварочный генератор

При нагрузке, когда в якорной обмотке будет иметь место ток I _а, создается поперечная реакция якоря, которая будет размагничивать полюс N₁ (набегающую половину двойного полюса N₁—N₂) и подмагничивать полюс N₂ (сбегающую половину двойного полюса N₁—N₂). To же будем иметь для двойного полюса S₁—S₂. Так как полюсы N₁ и S₁ слабо насыщены, то их потоки сильно уменьшатся, потоки же полюсов N₂ и S₂ останутся почти без изменения, так как эти полюсы имеют сильное насыщение. В результате получим большое уменьшение напряжения U на щетках А—В. Напряжение U_в на щетках b—В почти не изменяется, так как оно зависит от потоков полюсов N₂ и S₂.

Внешние характеристики сварочного генератора показаны на рис. 5-72. Они достаточно благоприятны для целей электрической сварки. Установка наибольшего тока (тока короткого замыкания) достигается при помощи реостата в цепи возбуждения, показанного на рис. 5-71. Реактивная катушка L в цепи якоря служит для сглаживания тока при его резких колебаниях.

Рис. 5-72. Внешние характеристики сварочного генератора.

Трехщеточный генератор.

В трехщеточных генераторах обмотка возбуждения присоединяется к одной из главных щеток и к третьей (вспомогательной) щетке, сдвинутой относительно главной примерно на 120° (рис. 5-73). Такие генераторы мощностью от 65 до 25 Вт применяются в качестве источников тока на автомобилях. Они должны работать с нагрузкой, так как в противном случае при большой скорости вращения их напряжение U может чрезмерно возрасти. Постоянное напряжение U здесь может быть получено только при параллельной работе с аккумуляторной батареей. При этом ток генератора I остается почти постоянным при изменении скорости вращения в широких пределах (примерно 6:1).

Рис. 5-73. Трехщеточный генератор.

Напряжение между щетками А и b, подведенное к обмотке возбуждения будет в основном определяться потоком набегающей половины полюса, а этот поток при увеличении тока якоря будет уменьшаться из-за поперечной реакции якоря. Следовательно будет уменьшаться ток возбуждения, что ограничивает увеличение тока якоря.

На рис. 5-74 приведены характеристики генератора, которые показывают, что в пределах изменения скорости от n₁ до n₂ генератор отдает ток I_н нагрузке (например, лампам накаливания) и ток I—I_н аккумуляторной батареи. При скорости вращения, меньшей n₀, генератор автоматически отключается при помощи специального реле и снова включается при помощи того же реле, когда скорость будет больше n₀. При скорости, превышающей n₂, генератор также отключается и начинает работать без нагрузки, что, как отмечалось, может привести к чрезмерному возрастанию напряжения U. Чтобы этого не было, в цепь обмотки возбуждения включается плавкий предохранитель, разрывающий эту цепь при возрастании тока возбуждения сверх допустимого.

Рис. 5-74. Характеристики трехщеточного генератора.

Рассмотренный трехщеточный генератор в последнее время заменяется обычным генератором, постоянство напряжения которого поддерживается при помощи вибрационного регулятора, что создает лучшие условия для работы аккумуляторной батареи.

Можно при помощи двух генераторов независимого возбуждения получить двухступенчатый усилитель (рис. 5-75). Здесь общий коэффициент усиления будет равен произведению коэффициентов усиления отдельных машин k_y=k'_yk"_y. Он будет, следовательно, значительно больше, чем в предыдущем случае; для нормальных машин при мощности на выходе порядка 30 кВт k_у=1000-1200.

Рис. 5-75. Двухступенчатый усилитель, полученный из двух генераторов независимого возбуждения .

Рассмотренные усилители во многих случаях малопригодны для автоматических устройств. Основным их недостатком является большая "инерционность" цепей возбуждения, имеющих большие индуктивности. Следовательно, здесь мы не будем иметь быстро-отзывчивой реакции на изменение входной мощности Р_вх, что обычно требуется от усилителей. Кроме того, даже двухступенчатый усилитель, состоящий из двух обыкновенных генераторов, имеет недостаточный коэффициент усиления, особенно при малой мощности генераторов.

Отмеченные недостатки в значительно меньшей степени проявляются в электромашинном усилителе поперечногo поля, называемом сокращенно ЭМУ поперечного поля. Схема соединения его обмоток показана на рис. 5-76.

Рис. 5-76. Схема ЭМУ поперечного поля.

ЭМУ поперечного поля представляет собой коллекторную машину постоянного тока (обычно двухполюсную). Ее якорь не отличается от якоря нормальной машины, статор выполняется явно- или неявнополюсным. На коллектор накладываются две пары щеток: поперечные b—b и продольные a—a. Поперечные щетки b—b обычно замыкаются накоротко. На статоре помещаются обмотки возбуждения У₁, У₂, У₃, …, называемые обмотками управления, и компенсационная обмотка K, действующая по той же оси, что и обмотки управления, т. е. по продольной оси машины. Продольные щетки а—а являются рабочими щетками; от них берется выходная мощность, подводимая, например, к исполнительному двигателю. Работа ЭМУ поперечного поля протекает следующим образом.

Ток в обмотке У₁ (или токи обмоток У₁, У₂, У₃, …) создает продольный поток, который будет наводить в обмотке якоря при его вращения э.д.с. Ее наибольшее значение будем иметь на щетках b—b, поставленных на геометрической нейтрали; на щетках а—а она равна нулю. Так как щетки b—b замкнуты, то в обмотке якоря возникнет ток i_b, причем достаточно иметь очень небольшой продольный поток, чтобы этот ток был большим. Ток i_b, протекая по обмотке якоря, создает сильное поперечное поле, которое при вращении якоря будет наводить э.д.с. на щетках а—а. Таким образом, это поле является рабочим полем машины, что и дало повод к ее названию. Ток i_a, поступающий во внешнюю цепь, проходит и по обмотке якоря и создает н.с., действующую против н.с. обмотки У₁. Мы в этом можем убедиться, определяя при заданном направлении потока обмотки У₁ направления созданных им токов i_b и затем токов i_a, созданных поперечным потоком (отметим, что полярность щеток а—а при данном направлении продольного потока не зависит от направления вращения якоря, так как при его изменении изменится по направлению ток i_b, а следовательно, и поперечный поток).

Отношение полезной мощности Р₂ к потребляемой Р₁ называется к. п. д. машины. К. п д машин постоянного тока колеблется в пределах 0,75—0,97 и зависит от мощности. Более высокими к. п.д. обладают ма-
шины большей мощности.

Коэффициент полезного действия генератора

Коэффициент полезного действия двигателя

где ∑P — сумма перечисленных выше потерь.

Значения к.п.д. современных машин постоянного тока при номинальной нагрузке приведены в виде кривой на рис. 5-77.

Рис. 5-77. Коэффициент полезного действия машин постоянного тока.

Типы машин постоянного тока

Наиболее распространенными машинами являются машины серии ПН. Они строились на мощности от 0,15 до 200 кВт и скорости вращения 2870—550 об/мин. В последние годы заводы начали выпускать на те же мощности и скорости вращения машины общего применения новой серии П. Они по сравнению с машинами серии ПН имеют при тех же мощности и скорости вращения меньший вес, лучшие технико-экономические показатели и более надежны в работе. Машины предназначаются для работы в качестве генераторов и двигателей. Номинальные напряжения для генераторов U_н=115, 230, 460 В, для двигателей U_н=110, 220, 440 В.

Внешний вид одной из машин серии ПН показан на рис 5-78. Для них применяется аксиальная вентиляция. Воздух забирается со стороны коллектора, продувается через каналы в якоре, междуполюсные пространства и выбрасывается в отверстия подшипникового щита со стороны привода. Станины машин выполняются сварными или из цельнотянутой трубы с приваренными к ним лапами.

Рис. 5-78. Внешний вид машины постоянного тока серии ПН.

На рис. 5-79 представлен общий вид одной из современных машин постоянного тока небольшой мощности.

Рис. 5-79. Общий вид двигателя постоянного тока 14 кВт, 220 В, 1500 об/мин.
1 — передний подшипниковый щит; 2 — траверса; 3 — кольцо для размещения балансировочных грузов; 4 — коллектор на пластмассе; 5 — коллекторная пластина; 6 — люковая крышка; 7 — вал; 8 — обмоткодержатель; 9 — бандаж лобовых частей обмотки якоря; 10 — катушка дополнительного полюса; 11 — дополнительный полюс; 12 — станина; 13 — подъемное кольцо (рым-болт); 14 — сердечник якоря; 15 — главный полюс; 16 — катушка главного полюса; 17 — вентилятор; 18 — задний подшипниковый щит; 19 — рабочий конец вала; 20 — паз якоря; 21 — отверстие для ввода кабеля; 22 — коробка вводного устройства; 23 — задняя крышка подшипника; 24 — шариковый подшипник; 25 — передняя крышка подшипника.

Наряду с указанными разработаны и выпускаются новые серии машин общего применения на малые мощности (30 — 270 Вт) и на большие мощности (до нескольких тысяч киловатт).

В последние годы было изготовлено большое количество крупных машин для металлургической промышленности — для систем "генератор — двигатель", обслуживающих прокатные станы (блюминги, слябинги, листопрокатные и др.) мощностью 5000 — 10000 кВт при максимальной ("отключающей" мощности), в 2,5—3 раза большей.

Много машин было изготовлено для гребных установок, мощности которых достигают 8000 — 10000 кВт (атомный ледокол "Ленин").

Среди крупных машин постоянного тока особое место занимают генераторы для электролиза (например, для алюминиевых заводов), выполняемые на большие токи и относительно низкие напряжения (120 — 200 В, 10000 — 20000 А).

Большое количество машин выпускается для электрифицированного транспорта (электропоезда, троллейбусы, трамваи, метро), автотранспорта, кранов, подъемников.

Следует также упомянуть сварочные машины различных типов, предназначенные для электросварки.

Отметим, кроме того, разнообразные машины специального назначения, применяемые в автоматике, — электромашинные усилители, исполнительные двигатели и др.

Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 24; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!