СПОСОБЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА
ТЕМА 7
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА
Электрические машины постоянного тока используются как в качестве генераторов, так и в качестве двигателей. Наибольшее применение имеют двигатели постоянного тока, области применения и диапазон мощности которых достаточно широки: от долей ватт (для привода устройств автоматики) до нескольких тысяч киловатт (для привода прокатных станов, шахтных подъемников и других механизмов). Основные преимущества двигателей постоянного тока по сравнению с бесколлекторными двигателями переменного тока — хорошие пусковые и регулировочные свойства, возможность получения частоты вращения более 3000 об/мин, а недостатки — относительно высокая стоимость, сложность в изготовлении и меньшая надежность. Все эти недостатки машин постоянного тока обусловлены наличием в них щеточно-коллекторного узла, который, кроме того, является источником радиопомех и пожароопасности. Эти недостатки ограничивают применение машин постоянного тока.
Генератор тока преобразует механическую (кинетическую) энергию в электроэнергию. В энергетике пользуются только вращающимися электромашинными генераторами, основанными на возникновении электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике, на который каким-либо образом действует изменяющееся магнитное поле. Ту часть генератора, которая предназначена для создания магнитного поля, называют индуктором, а часть, в которой индуцируется ЭДС – якорем.
|
|
|
Вращающуюся часть машины называют ротором, а неподвижную часть – статором.
Простейшим генератором является виток, вращающийся в магнитном поле полюсов N и S.
Рисунок 1- Устройство генератора постоянного тока
1 – виток; 2,3 – щетки; 4 – коллекторные пластины
Для преобразования переменного тока в постоянный применяют коллектор, принцип действия которого состоит в следующем. Концы витка 1 присоединены к двум медным полукольцам (сегментам), называемым коллекторными пластинами.
Пластины жестко укреплены на валу машины и изолированы как друг от друга, так и от вала. На пластинах помещены неподвижные щетки 2 и 3, электрически соединенные с приемником энергии.
При вращении витка коллекторные пластины также вращаются, вместе с валом машины и каждая из неподвижных щеток 2 и 3 соприкасается то с одной, то с другой пластиной.
Щетки на коллекторе, установлены так, чтобы они переходили с одной пластины на другую в тот момент, когда эдс, индуктируемая в витке, была равна нулю.
В этом случае при вращении якоря в витке индуктируется переменная эдс, изменяющаяся синусоидально при равномерном распределении магнитного поля, но каждая из щеток соприкасается с той коллекторной пластиной и соответственно с тем из проводников, который в данный момент находится под полюсом определенной полярности.
|
|
|
Следовательно, эдс на щетках 2 и 3 знака не меняет, и ток по внешнему участку замкнутой электрической цепи проходит в одном направлении от щетки 2 через сопротивление R к щетке 3. Однако несмотря на неизменность направления эдс во внешней цепи величина ее меняется во времени, т. е. получена не постоянная, а пульсирующая эдс. Ток во внешней цепи будет также пульсирующим.
Если поместить на якоре два витка под углом 90° один к другому и концы этих витков соединить с четырьмя коллекторными пластинами, то пульсация эдс и тока во внешней цепи значительно уменьшится. При увеличении числа коллекторных пластин пульсация быстро уменьшается и при большом числе коллекторных пластин эдс и ток практически постоянны.
ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Работа любого электрического двигателя постоянного тока базируется на принципе взаимного действия магнитных полей статора и ротора.
Здесь также нужно вспомнить базовую физику и историю с рамкой, вращающейся в однородном магнитном поле.
|
|
|
Задание предполагает подачу на нее тока, индуцирующего собственное круговое магнитное поле. При взаимодействии с этим полем формируется направленная перпендикулярно сила Ампера. Она выталкивает рамку из однородного поля.
В нашем случае, принцип действия тот же, но роль неподвижного однородного магнитного поля играет статор, а рамки – вращающийся ротор электродвигателя с обмотками, который еще называется якорем.
Два полюса статора создают однородное магнитное поле. Обмотка ротора состоит из двух частей, которые наматываются на его полюсах и соединены между собой последовательно. Концы обмоток замыкаются на разделенных, расположенных на валу электродвигателя коллекторных пластинах. Они, в свою очередь имеют физический контакт (трение) с неподвижными щетками из графита, на которые подается постоянный ток. Если при подключении соблюсти принцип расположение полюсов тока, как показано на рисунке, то полюс якоря, расположенный на схеме слева, станет условно северным, как и находящийся в непосредственной близости полюс статора электродвигателя.
Естественная реакция на действие магнитных сил заключается в том, что равнозначные полюса отталкиваются. В нашем случае такое возможно только за счет вращения. По инерции, северный полюс якоря, провернувшись на 180º станет напротив южного полюса статора. В принципе, по логике вещей они должны начать притягиваться, что приведет к торможению. Чтобы этого не допустить, в момент перехода нейтральной линии коллектор переключает обмотки якоря местами, чтобы вновь организовать отторжение полюсов.
|
|
|
СПОСОБЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА
Цепи обмотки возбуждения и якоря МПТ могут быть включены независимо одна от другой, параллельно и последовательно.
В соответствии с этим различают генераторы и двигатели независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждений.
В машинах независимого возбуждения (рис. 3, а) обмотку возбуждения
включают на посторонний источник (аккумулятор, выпрямитель и т.д.). В машинах
малой мощности (порядка десятков – сотен ватт) возбуждение создают постоянными магнитами (рис. 3, б).
В машинах параллельного возбуждения обмотку возбуждения включают
параллельно цепи обмотки якоря (рис. 3, в) и подключают к сети или нагрузке.
Параллельную обмотку можно переключить на независимое питание от якоря, и машина становится машиной независимого возбуждения.
Рис.3
Схемы возбуждения машин постоянного тока Я – якорь; ОВ – обмотка возбуждения
Номинальный ток возбуждения машины с параллельным или независимым возбуждением составляет 1…5% от номинального тока якоря, причем меньшая цифра относится к более мощным машинам. В машинах последовательного возбуждения (рис. 3, г) обмотка возбуждения соединена с якорем последовательно. Число витков катушек возбуждения невелико, большого сечения (сопротивление незначительно). В машинах смешанного возбуждения (рис.3, д, е) на основных полюсах по две катушки: одна для параллельной обмотки 1, другая – последовательной 2. Последовательная обмотка ОВ 1 подключена последовательно с цепью якоря и параллельной обмоткой возбуждения ОВ 2.
Дата добавления: 2022-12-03; просмотров: 18; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!