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! |
Мы поможем в написании ваших работ!