Естественная механическая характеристика двигателя мягкая, так как изменение момента сильно сказывается на частоте вращения двигателя



Для регулирования частоты вращения можно шунтировать обмот­ку возбуждения реостатом с регулируемым сопротивлением R^ (см. рис. 13.43, ключSзамкнут). При шунтировании обмотки возбужде­ния уменьшается магнитный поток Ф и возрастает согласно (13.10) частота вращения п. Одновременно увеличивается ток двигателя.

На рис. 13.45, а кривая 2 — искусственная механическая харак­теристика, которая получается при шунтировании обмотки возбуж­дения двигателя резистором с постоянным сопротивлениемRp.

Возможно регулирование двигателя путем изменения напряже­ния на якоре (рис. 13.45, б).

Высокая перегрузочная способность и мягкая характеристика двигателя с последовательным возбуждением особенно ценны для электрической тяги (трамвай, метрополитен, электрические желез­ные дороги и т.д.). Для их энергоснабжения строятся преобразова­тельные подстанции, выпрямляющие переменный ток. На некото­рых электрических железных дорогах преобразование переменного тока в постоянный осуществляется на самом электровозе, обычно посредством тиристоров.

Эти двигатели подходят также для работы в качестве крановых двигателей там, где имеются источники постоянного тока.

Двигатель со смешанным возбуждением

Двигатель с параллельным возбуждением имеет жесткую меха­ническую характеристику, а двигатель с последовательным возбуж­дением — мягкую характеристику. В ряде случаев желательна неко­
торая промежуточная форма характеристики. Простейший способ получения такой характеристики — применение смешанного возбуж­дения двигателя. Двигатель снабжается какой-то основной обмот­кой, последовательной или параллельной, дающей в условиях но­минального режима не менее 70 % МДС, и второй, дополнительной обмоткой, соответственно параллельной или последовательной (рис. 13.46). В большинстве случаев у двигателей со смешанным воз­буждением (компаундных двигателей) обе обмотки возбуждения включаются согласно, т. е. так, чтобы их МДС складывались.

Если рассматривать потоки этих двух обмоток как существую­щие независимо, т. е. не учитывать влияние магнитного насыщения, то у такого двигателя частота вращения


 



(13.15)

п =

Ц - (Дя + ДВ.пос)^я СЕ нос ^ пар )


 



где i?B.noc~~ сопротивление последовательной обмотки возбуждения.

п =

Поток последовательного возбуждения Фпос можно выразить че­рез ток якоря и магнитное сопротивление машины (см. 13.14), что дает возможность преобразовать (13.15) следующим образом:

и -(RЯ + Дв.посКя СдО^пос/Ям +Фпар)'

т. е. определить п(1я) — электромеханическую характеристику дви­гателя.

В двигателе с последовательно-параллельным возбуждением пре­обладает последовательное возбуждение, но благодаря наличию па­раллельной обмотки возбуждения нарастание частоты вращения двигателя при уменьшении нагрузки на валу ограничено (рис. 13.47).

В двигателе с параллельно-последовательным возбуждением пре­обладает параллельное возбуждение. Наличие дополнительного пос-


 

мВ1

ледовательного возбуждения стабилизирует основной магнитный поток двигателя и немного смягчает его жесткую механическую ха­рактеристику.

Для реверсирования двигателя со смешанным возбуждением сле­дует переключить выводы только якоря машины, чтобы изменить в нем направление тока.

Коллекторные машины переменного тока

Наиболее ценным свойством двигателей постоянного тока явля­ется возможность плавного и экономичного регулирования их ре­жимов работы. Однако поскольку электрическая энергия в промыш­ленных масштабах вырабатывается генераторами переменного тока, для применения двигателей постоянного тока необходимы преоб­разователи переменного тока в постоянный. Это усложняет и удо­рожает применение двигателей постоянного тока. Поэтому есте­ственны попытки реализовать работу коллекторного двигателя не­посредственно в цепи переменного тока.

Если одновременно изменять направление постоянного тока в об­мотках якоря и возбуждения коллекторного двигателя, предназна­ченного для питания от сети постоянного тока, то направление вра­щающего момента в двигателе не изменяется. Следовательно, при периодических одновременных изменениях направления токов в обеих цепях двигателя при его подключении к сети переменного тока двигатель должен развивать некоторый средний вращающий момент постоянного направления. Однако конструкция коллекторного дви­гателя должна быть специально приспособлена к условиям перемен­ного магнитного поля: необходимо уменьшить вихревые токи в мас­сивной станине, сильно ослабляющие основной магнитный поток, уменьшить индуктивность обмотки якоря для увеличения cosip и улучшить условия коммутации.

Первые две задачи можно считать разрешенными вполне удов­летворительно, правда, ценой значительного усложнения и удоро­жания машины, но условия коммутации в современных коллектор­ных машинах переменного тока в общем неудовлетворительны.

Для уменьшения вихревых токов станина двигателя изготовля­ется из изолированных друг от друга листов электротехнической стали (см. рис. 8.9, б).

Для уменьшения реактивного сопротивления обмотки якоря гия ее магнитное поле полностью компенсируется. С этой целью на ста­нине двигателя размещается компенсационная обмотка (рис. 13.48). Обмотка размещается равномерно вдоль окружности статора и со­единяется последовательно с обмоткой якоря (ротора) машины и притом так, чтобы ток в ее проводах был противоположен по на­правлению току в противолежащих проводах обмотки ротора.


Для осуществления более полной компенсации магнитного поля тока яко­ря у большинства современных коллек­торных двигателей переменного тока нет явных полюсов. Их статор выполнен в виде полого цилиндра из листовой элек­тротехнической стали. В пазах этого ци­линдра (рис. 13.48) размещены обмотка возбуждения wwкомпенсационная об­моткаwKи обмотка дополнительных по­люсов (на рисунке не показана).

Отметим теперь, что индуктивнос­тью обладает и цепь возбуждения дви­гателя, но магнитный поток этой цепи необходим для создания вра­щающего момента, поэтому не может быть компенсирован. В дви­гателе последовательного возбуждения индуктивность цепи воз­буждения вызывает некоторое ухудшение costp. В двигателе парал­лельного возбуждения большая индуктивность обмотки возбуж­дения вызывает сдвиг фаз почти на 90° между потоком возбужде­ния и напряжением, а ток якоря этого двигателя по фазе почти со­впадает с напряжением. В результате средний вращающий момент, создаваемый взаимодействием потока возбуждения и тока якоря, сдвинутых по фазе относительно друг друга почти на 90°, будет мал, так что необходимо применение специальных мер для устранения этого сдвига фаз, и область применения таких двигателей весьма ограниченна.

Задача получения удовлетворительной коммутации для коллек­торного двигателя переменного тока имеет следующие специфичес­кие особенности. В коммутируемой секции двигателя постоянного тока наводятся две ЭДС (см. 13.8): реактивная ер, представляющая собой ЭДС самоиндукции и взаимной индукции коммутируемой секции, и коммутирующая ек, индуктируемая благодаря движению проводников секции в магнитном поле дополнительных полюсов. В результате действия второй ЭДС, пропорциональной току якоря, можно компенсировать реактивную ЭДС и добиться идеальной ком­мутации, при которой ер + ек = 0, или даже создать ускоренную ком­мутацию при ек> ер. Все это используется в коллекторных двигате­лях: они снабжаются дополнительными полюсами, как и машины постоянного тока.

Но в коммутируемой секции двигателя переменного тока индук­тируется еще третья (трансформаторная) ЭДС ет из-за периодичес­ких изменений главного магнитного потока машины, пронизываю­щего коммутируемые витки. По отношению к переменному потоку коммутируемая секция, закороченная щеткой, является как бы замк­нутой вторичной обмоткой трансформатора (рис. 13.49). Эту ЭДС можно записать так же, как ЭДС трансформатора:

ет = — wcd&/dt,

гдеwc— число витков секции обмотки ротора.

Электродвижущая сила ет отстает по фазе от индуктирующего ее потока, а следовательно, и от тока возбуждения на четверть перио­да, не зависит от частоты вращения ротора и остается неизменной даже при неподвижном роторе.

Идеальные условия коммутации у двигателя переменного тока те же, что и у двигателя постоянного тока, а именно: алгебраическая сумма ЭДС в коммутируемой секции должна равняться нулю. Для выполнения этого условия конструктор располагает лишь комму­тирующей ЭДС ек, индуктируемой полем дополнительных полюсов, но ЭДС ек пропорциональна частоте вращения ротора и равна нулю при пуске двигателя в ход. Следовательно, с помощью потока до­полнительных полюсов можно осуществить условия идеальной ком­мутации только при одной определенной частоте вращения. Это едва ли не самое слабое место коллекторных двигателей переменного тока. Если же наличие некомпенсированной трансформаторной ЭДС ет неизбежно в коммутируемых витках, то приходится лишь при­нять меры, чтобы, с одной стороны, по возможности уменьшить ет и, с другой стороны, ограничить ток короткого замыкания, создавае­мый ЭДС в коммутируемой секции.

Действующее значение трансформаторной ЭДС [см. (8.4в)]

Ет = 4,44МФШ,

поэтому, чтобы ослабить ее, конструктор уменьшает число витков в каждой секции обмотки ротора и, чтобы сохранить общее число вит­ков обмотки ротора, увеличивает соответственно число секций, а сле­довательно, и число коллекторных пластин. Таким образом, харак­терным внешним признаком коллекторного двигателя переменно­го тока становится относительно большой коллектор. Далее конст­руктор может уменьшить поток Фш каждого полюса двигателя, соот­ветственно увеличив число полюсов, чтобы сохранить неизменным вращающий момент.

Радикальным средством уменьшения ет является снижение час­тоты переменного тока. Вместе с тем при снижении частоты умень-

 

Шается и реактивное сопротивление двигателя. Это средство можно применить, конечно, только в обособленных сетях переменного тока. Практически пониженная частота (50/3 Гц) применяется иногда для электрической тяги на переменном токе.

Ток короткого замыкания, возникающий в коммутируемой сек­ции, можно ограничить, если ввести дополнительные резисторы в эту секцию (рис. 13.50). Так как рабочий ток ротора также проходит через эти резисторы, то их сопротивление не должно быть слишком большим. Последнее необходимо для ограничения мощности потерь на нагревание. Такой же эффект может дать применение угольных щеток, обладающих повышенным сопротивлением.


ГЛАВА 14 АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Общие сведения

Из числа различных видов современных электрических машин самой распространенной в наши дни является асинхронная бескол­лекторная машина, применяемая обычно в качестве двигателя. Асин­хронная машина — это машина, в которой при работе возбуждается вращающееся магнитное поле, но ротор вращается асинхронно, т. е. с угловой скоростью, отличной от угловой скорости поля. Она была изобретена М.О.Доливо-Добровольским в 1888 г., но до настояще­го времени сохранила в основном ту простую форму, которую ей при­дал талантливый русский изобретатель. Причины исключительно широкого распространения асинхронного двигателя (а вместе с ним и трехфазной системы) — его простота и дешевизна. Можно сказать, что в основном асинхронная машина состоит из трех неподвижных катушек (точнее, обмоток), размещенных на общем сердечнике, и помещенной между ними четвертой, вращающейся катушки. В ма­шине отсутствуют какие-либо легко повреждающиеся или быстро изнашивающиеся электрические части (например, коллектор).

Асинхронные машины малой мощности часто выполняются од­нофазными для устройств, питающихся от двухпроводной сети. Та­кие машины находят широкое применение в бытовой технике.


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 327; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!