Тахогенераторы постоянного тока

Электрические тахометры

На судах наиболее часто применяются тахометры вольтметрового типа. Принцип их действия основан на зависимости напряжения генератора от частоты вращения вала. Здесь датчиком служит магнитоэлектрическая машина постоянного тока, а указателями частоты вращения — магнитоэлектрические вольтметры с нулем посредине шкалы. Индукционные тахометры используются для определения частоты вращения быстроходных главных двигателей и быстровращающихся вспомогательных механизмов.

Индукционный тахометр включает в себя датчик, в качестве которого используется синхронный генератор; приемник-измеритель, состоящий из трехфазного синхронного реактивного двигателя и измерительной части прибора; гибкий вал, передающий вращательное движение от вала механизма к датчику; трехпроводную линию связи.

Принцип работы заключается в том, что ротор, представляющий собой постоянный магнит, с помощью гибкого вала приводится во вращение от вала контролируемого механизма. При вращении ротора в трехфазной обмотке статора синхронного генератора наводится ЭДС с частотой, прямо пропорциональной частоте вращения ротора. Индуцированным ЭДС током питается трехфазная обмотка статора синхронного реактивного двигателя. Этот ток и создает вращающееся магнитное поле, которое пересекает витки короткозамкнутой обмотки ротора: Происходит пуск двигателя. Под действием реактивного и синхронного моментов второго ротора, роль которого выполняет постоянный магнит двигателя, двигатель втягивается в синхронизм с полем, созданным током статорной обмотки двигателя. На вал двигателя насажен дополнительный постоянный магнит, помещенный в медный стакан. Возникающие в нем вихревые токи, взаимодействуя с полем магнита, создадут вращающий момент, пропорциональный частоте вращения магнита, а следовательно, и частоте вращения контролируемого механизма. Медный стакан, связанный с противодействующей моменту пружиной и стрелкой прибора, повернется на угол, прямо пропорциональный частоте вращения вала контролируемого механизма.

Бесщеточный двигатель постоянного тока

С целью улучшения свойств двигателей постоянного тока были созданы двигатели с бесконтактным коммутатором, называемые бесконтактными двигателями постоянного тока (БДПТ). Отличие БДПТ от коллекторных двигателей традиционной конструкции состоит в том, что у них щеточно-коллекторный узел заменен полупроводниковым коммутатором (инвертором), управляемым сигналами, поступающими с бесконтактного датчика положения ротора. Рабочая обмотка двигателя — обмотка якоря — расположена на сердечнике статора, а постоянный магнит — на роторе.

Рис 1.47 Бесконтакный двигатель постоянного тока:

а) – блок-схема, б) – магнитная система

Вал двигателя Д (рис. 1.47, а) механически соединен с датчиком положения ротора (ДПР), сигнал от которого поступает в блок коммутатора (БК). Подключение секций обмотки якоря к источнику постоянного тока происходит через элементы блока коммутатора (БК). Назначение ДПР—выдавать управляющий сигнал в блок коммутатора в соответствии с положением полюсов постоянного магнита относительно секций обмотки якоря.

В качестве датчиков положения ротора применяют различные чувствительные бесконтактные элементы с минимальными размерами и потребляемой мощностью и большой кратностью минимального и максимального сигналов, чтобы не вызывать нарушений в работе блока коммутатора.

Чувствительные элементы ДПР должны надежно работать при внешних воздействиях (температура, влажность, вибрации и т. п.), на которые рассчитан двигатель. Такие свойства присущи ряду чувствительных элементов (датчиков): индуктивных, трансформаторных, магнитодиодов и т. п.

Рис 1.48. Датчик ЭДС Холла

Наиболее целесообразно использовать датчики ЭДС Холла (рис. 1.48), представляющие собой тонкую полупроводниковую пластину с нанесенными на ней контактными площадками, к которым припаяны выводы 1—2, подключенные к источнику напряжения U₁, и выводы 3—4, с которых снимают выходной сигнал U₂. Если в цепи 1—2 проходит токI, а датчик находится в магнитном поле, вектор индукции В которого перпендикулярен плоскости пластины датчика, то в датчике наводится ЭДС и на выводах 3—4 появляется напряжение U₂. Значение ЭДС зависит от тока I и магнитной индукции В, а полярность — от направления тока I в цепи 1—2 и направления вектора магнитной индукции В.

Рассмотрим работу бесконтактного двигателя постоянного тока, для управления которым применяют датчики Холла и коммутатор, выполненный на транзисторах VT1—VT4 (рис. 1.49). Четыре обмотки (фазы) двигателя w₁—w₄ расположены на явно выраженных полюсах шихтованного сердечника якоря (см. рис. 1.47).

Датчики Холла ДХ1 иДХ2 установлены в пазах полюсных наконечников двух смежных полюсов. Силовые транзисторы VT₁— VT₄ работают в релейном (ключевом) режиме (рис. 1.49). Сигнал на открытие транзистора поступает от соответствующего датчика Холла (датчика положения ротора). Питание датчиков Холла (выводы 1—2) осуществляется от источника напряжением U₁.

Каждая обмотка (фаза) выполнена из двух катушек, расположенных на противолежащих полюсах сердечника статора и соединенных последовательно (рис. 1.50). Если по какой-либо из обмоток (фаз) статора проходит ток от начала H₁—Н₄ к концу К₁—К₄, то полюсы сердечника статора приобретают полярность соответственно S и N.

При положении ротора, показанном на рис.1.49, в зоне магнитного полюса N находится датчик ДХ1. При этом на выходе датчика появляется сигнал, при котором транзистор VT2 переходит в открытое состояние. В обмотке (фаза) статора w₂ появляется ток i₂, протекающий от Н₂ к К₂. При этом полюсы статора 2 и 4 приобретают полярность S и N (рис. 1.51 а). В результате взаимодействия магнитных полей статора и ротора (постоянного магнита) появляется электромагнитный момент М, вращающий ротор. После поворота ротора относительно оси полюсов статора 1—3 на некоторый угол а против часовой стрелки датчик ДХ2 окажется в зоне магнитного полюса ротора S, при этом по сигналу с датчика ДХ2 включается транзистор VT3. В фазной катушке w₃ возникает ток i₃ и полюсы 3 и 1 приобретают полярность S и N. При этом магнитный поток статора Ф создается совместным действием МДС обмоток фаз w₂ и w₃. Вектор этого потока повернут относительно оси 2—4 на угол 45° (рис. 1.51 б). Ротор, продолжая вращение, занимает положение по оси полюсов статора 2—4. При этом датчик ДХ1 попадает в межполюсное пространство ротора, а датчик ДХ2 останется в зоне полюса S ротора. В результате транзистор VT2 закрывается, транзистор VT3 останется открытым и магнитный поток Ф, создаваемый МДС обмотки фазы w₃, поворачивается относительно оси полюсов 2—4 еще на 45° (рис. 1.51 в). После того как ось вращающегося ротора пересечет ось полюсов статора 2—4, датчики ДХ1 и ДХ2 окажутся в зоне полюса ротора S, что приведет к включению транзисторов VT3 и VT4.

Рис 1.49. Принципиальная схема БДПТ

Рис 1.50 Расположение обмоток фаз на полюсах статора БДПТ

Дальнейшую работу элементов схемы БДПТ (рис. 1.51) до завершения вектором потока Ф одного оборота проследим по табл. 1 и рис. 1.51, а—з.

Таблица 1

Рис. 1.51. Магнитное поле статора в четырехполюсном БДПТ.

На рис. 1.52. показано устройство рассмотренного БДПТ. Датчики Холла 3 размещены в специальных пазах полюсных наконечников 1 сердечника статора.

Рис 1.52. Устройство БДПТ

Постоянный магнит 2 не имеет центрального отверстия для посадки на вал, он закладывается в тонкостенную гильзу и закрывается привариваемыми фланцами двух полуосей. Такая конструкция ротора позволяет избежать выполнения центрального отверстия в постоянном магните, что часто является причиной брака (трещины, сколы и т. п.). Блок коммутатора (БК) расположен на панелях 5, отделен от двигателя перегородкой 4 и закрыт металлическим колпаком 6, через который выведены провода 7 для подключения двигателя в сети постоянного тока. Подобная конструкция применена в БДПТ полезной мощностью от 1 до 120 Вт.

Изменение направления вращения (реверс) двигателя осуществляется изменением полярности напряжения U₁ в токовой цепи датчиков Холла. Изменение полярности напряжения U на входе двигателя недопустимо, так как при этом прекращается работа блока коммутатора.

Коэффициент полезного действия БДПТ по сравнению с коллекторными двигателями постоянного тока выше, что объясняется отсутствием щеточно-коллекторного узла, а значит, электрических потерь в щеточном контакте и механических потерь в коллекторе.

К достоинствам БДПТ относятся также высокая надежность и долговечность, что объясняется отсутствием у них щеточно-коллекторного узла, т. е. их бесконтактностью. Двигатели могут работать в условиях широкого диапазона температур окружающей среды, в вакууме, в средах с большой влажностью и т. п., где применение коллекторных двигателей недопустимо из-за неработоспособности щеточно-коллекторного узла.

Недостаток БДПТ — повышенная стоимость, обусловленная наличием полупроводникового блока коммутатора, чувствительных элементов (датчиков ЭДС Холла) и постоянного магнита.

Тема 1.2. Трансформаторы.

Трансформатором наз. статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

Тр-ры широко применяются при передаче энергии от электростанций к потребителям на большие расстояния, при распределении ее между приемниками, в выпрямительных установках, усилительных, сварочных, нагревательных и других эл. установках, а также в устройствах связи, сигнализации, автоматики, радио, телевидения и т.д.

При передаче эл. энергии величина тока обуславливает потери энергии в линии. Для уменьшения потерь можно уменьшить сопротивление проводов путем увеличения сечения. Это увеличение веса, укрупнение вышек, затраты на медь и т.д. Однако увеличение напряжения при постоянной мощности приводит к уменьшению тока, а значит можно уменьшить сечение проводов. Передача энергии становится экономически целесообразной и выгодной. Передача энергии производится при очень высоких напряжениях (до 500 кв. и более). Получить такое напряжение в генераторах невозможно, поэтому в начале линии устанавливают повышающие трансформаторы, которые увеличивают напряжение до нужной величины, а в конце линий эл. передач устанавливают понижающие трансформаторы.

На судах при помощи тр-ров создают несколько систем разных по величине напряжений для питания различных устройств и приборов.

Однофазные трансформаторы.

Устройство трансформаторов.

Основные части любого т-ра - это магнитопровод и обмотки. В зависимости от формы магнитопровода т-ры бывают стержневые, (с неразветвленным магнитопроводом) и броневые, (с разветвленным). Магнитопровод собирают из листов электротехнической трансформаторной стали толщиной 0,35- 0,5 мм при 50 гц. и 0,2-0,08 при повышенной частоте 400-500 гц. часть магнитопровода, на которую надевают обмотку наз. стержнем. Стержни соединяют между собой ярмом.

Обмотки бывают цилиндрические и дисковые и выполняются из медных проводов круглого или прямоугольного сечения, изолированных лаком, хлопчатобумажной пряжей или кабельной бумагой. Начала обмоток высшего напряжения обозначаются заглавными буквами А,В,С, а концы- X,Y,Z; начала обмоток низшего напряжения - строчными буквами a,b,c, а концы- x,y,z. Цилиндрические обмотки размещаются одна на другой, причем ближе к стержню размешена обмотка более низкого напряжения. На каждом стержне размещена половина первичной и половина вторичной обмотки. Половинки обмоток соединены между собой так, чтобы их магнитные потоки складывались.

У броневого трансформатора обе обмотки расположены на среднем стержне, а с двух сторон они охвачены магнитопроводом, который защищает (бронирует) их от повреждений. При дисковой обмотке дискообразные катушки размещаются на стержне в чередующемся порядке.

Мощные трансформаторы имеют масляное охлаждение. В стальной бак с минеральным трансформаторным маслом помещают обмотки, которые омываются и охлаждаются лучше, чем на воздухе. Кроме того, трансформаторное масло обладает лучшими, чем воздух, изоляционными свойствами.

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 775; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12 13 14 15 161718 19 20 21 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!