По способу возбуждения машины постоянного тока могут быть

Классификация машин постоянного тока по способу возбуждения

Рабочие свойства машин постоянного тока зависят в значитель­ной мере от способа соединения обмотки возбуждения с якорем машины. По способу питания обмотки возбуждения машины посто­янного тока подразделяются: на машины с параллельным возбуж­дением (шунтовые), машины с последовательным возбуждением (сериесные) и машины со смешанным возбуждением (компаундные) (рис. 2.10). Машины с параллельным и смешанным возбужде­нием применяют в качестве, как генераторов, так и двигателей, с последовательным возбуждением — только в качестве двигателей.

В машинах с параллельным возбуждением обмотка возбужде­ния присоединяется параллельно обмотке якоря (рис. 2.10, а), в машинах с последовательным возбуждением — последовательно с обмоткой якоря (рис.2.10, б). В машинах со смешанным возбужде­нием обмотка возбуждения имеет две части: одну, соединенную параллельно, а другую — последовательно с обмоткой якоря (рис. 2.10, в). Обмотки возбуждения, присоединяемые параллельно, вы­полняют из проводов небольшого сечения; обмотки же, присое­диняемые последовательно, рассчитываемые на прохождение че-рез них полного тока генератора, выполняют из проводов большо­го сечения.

ЭДС, которую развивает любой генератор постоянного тока, прямо пропорциональна числу его оборотов и величине магнит­ного потока, создаваемого полюсами. Магнитный же поток зави­сит от тока в обмотке возбуждения. Регулирование ЭДС генератора постоянного тока может осуществляться изменением либо числа его оборотов, либо величины тока возбуждения:

где р — число пар полюсов; N — число всех проводников обмот­ки; а — число параллельных ветвей; Ф — магнитный поток обмот­ки возбуждения (Вб); п — частота вращения якоря, мин» 1 .

2.7. Электродвигатели постоянного тока

Величина вращающегося момента двигателя постоянного тока (М) выражается следующим соотношением:

где к — постоянная двигателя, зависящая от его конструкции; Ф — магнитный поток, Вб; /_я — сила тока якоря, А. Скорость двигателя подчиняется уравнению

где R_я — сопротивление обмотки якоря, Ом.

Двигатель параллельного возбуж­дения, схема включения которого приведена на (рис. 2.11), о, присое­диняется к сети так, чтобы обмот­ка возбуждения всегда находилась под полным напряжением сети. Поэтому магнитный поток двига­теля остается постоянным, не за­висящим от нагрузки, а сила тока в обмотке якоря возрастает про­порционально нагрузке. Из форму­лы (2.8) видно, что вращающий момент двигателя также возраста­ет пропорционально нагрузке. Ско­рость вращения уменьшается по формуле (2.9) незначительно.

Регулирование скорости враще­ния, как показывает формула (2.9),

постигается изменением напряжения, подводимого к двигателю; вве­дением сопротивления в цепь якоря или изменением магнитного по­тока. Введение сопротивления в цепь якоря вызывает уменьшение ско­рости двигателя; регулирование скорости происходит при постоян­ном моменте. Этот способ применяется для подъемников, лебедок, поршневых компрессоров, насосов и т. д. Однако он связан со значи­тельными потерями, обусловленными нагревом добавочного сопро­тивления, через которое протекает весь ток якоря. Наибольшее рас­пространение имеет регулирование частоты вращения двигателя из­менением магнитного потока. Это достигается реостатом, включен­ным в обмотку возбуждения. При уменьшении силы тока возбужде­ния уменьшается магнитный поток, а следовательно, увеличивается частота вращения двигателя. В этом случае регулирование происходит при постоянной мощности. Включение реостата в цепь обмотки воз­буждения не вызывает значительных потерь энергии благодаря не­большому значению силы тока возбуждения. В двигателе параллельно­го возбуждения обмотка возбуждения имеет большое сопротивление и, следовательно, сила тока в этой обмотке и в реостате невелика.

Электродвигатель с последовательным возбуждением включают в сеть по схеме, изображенной на рис. 2.11, б. Своими характеристи­ками двигатели последовательного возбуждения значительно от­личаются от двигателей параллельного возбуждения. Вследствие того, что через обмотку возбуждения двигателя, последовательно соединенную с обмоткой якоря, проходит весь его ток, одновре­менно с увеличением нагрузки двигателя резко возрастает величи­на магнитного потока его полюсов. Также резко падает число его оборотов, которое, как уже отмечалось, изменяется обратно про­порционально магнитному потоку. В связи с этим такие двигатели, uo-первых, развивают большой вращающийся момент при малых оборотах (в частности, при пуске в ход) и, во-вторых, обладают большой перегрузочной способностью. Вместе с тем, с уменьше­нием нагрузки на валу частота вращения двигателя быстро возра­стает и при малых нагрузках (меньше 1/4 нормальной), он приоб­ретает скорость, опасную для его целостности. Вхолостую, т. е. без нагрузки, сериесные электродвигатели вообще нельзя пускать — они идут, как принято говорить, на «разнос». Это является отри­цательным свойством сериесного электродвигателя.

По своим характеристикам эти электродвигатели больше всего подходят для привода подъемно-транспортных устройств. Их ши­роко применяют в электрической тяге (трамваи, троллейбусы, электрические железные дороги).

В строительной практике двигатели последовательного возбуж­дения применяют на некоторых типах мощных экскаваторов с питанием от двигатель-генераторов и на электрических погрузчи­ках с питанием от аккумуляторов.

Регулирование скорости двигателей последовательного возбуж­дения принципиально не отличается от двигателей с параллель­ным возбуждением, только значение силы тока в обмотке возбуж­дения или якоря изменяется не реостатом, а их шунтированием — отводом части тока от этих обмоток.

Для изменения направления вращения двигателей постоянного тока (реверсирование) необходимо изменить полярность магнитного поля или направление силы тока в обмотке якоря. Эту операцию выполняют переключением соответствующих обмоток — якоря или возбуждения.

Источник

Способы возбуждения машин постоянного тока

Работа и свойства электрических машин постоянного тока (как генераторов, так и двигателей) в значительной степени зависят от способа возбуждения в них магнитного потока. Действительно, магнитный поток входит множителем как в выражение ЭДС, так и в выражение электромагнитного момента, поэтому необходимо знать, как создается магнитный поток, от каких величин он зависит, как и для какой цели нужно изменять его значение.
Согласно ГОСТов, по способу возбуждения машины постоянного тока классифицируют следующим образом:
а) машины независимого возбуждения, обмотка возбуждения которых питается от постороннего источника электрического тока;
б) машины параллельного возбуждения, обмотка возбуждения которых соединена параллельно с цепью якоря;
в) машины последовательного возбуждения, обмотка возбуждения которых соединена последовательно с цепью якоря;
г) машины смешанного возбуждения, у которых имеются две обмотки возбуждения, одна из которых соединена последовательно с цепью якоря (другая — может быть либо независимой, либо, чаще, параллельной). Если МДС обмоток возбуждения имеют одно направление, то такое их включение называется согласным. Если же МДС обмоток направлены в разные стороны, то включение называется встречным.
Схемы всех четырех типов машин показаны соответственно на рис. 1.
Все эти электрические машины имеют одинаковое устройство и отличаются лишь выполнением обмотки возбуждения (ОВ). Обмотки независимого и параллельного возбуждения изготавливают с большим числом витков, из провода малого сечения, а обмотку последовательного возбуждения — с малым числом витков из провода большого сечения.
Существуют также машины небольшой мощности, магнитное поле у которых создается либо только постоянными магнитами, либо еще и обмотками возбуждения, питаемыми электрическим током. Свойства первых близки к свойствам машин независимого, а вторых — смешанного или независимого возбуждения (в зависимости от способа подключения обмотки возбуждения).

Рис. 1. Схемы электрических машин постоянного тока независимого (а), параллельного (6), последовательного (в) и смешанного (г)
возбуждений

Во всех машинах на возбуждение расходуется от 0,5 % до 5 % номинальной мощности машины, причем первое значение относится к очень мощным машинам, а второе — к машинам мощностью около 1 кВт.
Как видно из рис. 1, значение тока возбуждения /в машины независимого возбуждения не зависит от тока якоря и определяется напряжением источника питания, причем для регулирования тока /в последовательно в цепь обмотки возбуждения включают резистор.
У машины параллельного возбуждения, согласно закону Ома,
/в = Ur/(RB + Rр), (1)
где RB — сопротивление обмотки возбуждения, a Rp — последовательно с нею включаемого регулировочного резистора.
У машин последовательного возбуждения /в = /я.
Согласно ГОСТ 2582—81, выводы всех обмоток маркируются следующим образом:
Я1 и Я2 — начало и конец обмотки якоря;
С1 и С2 — начало и конец последовательной (сериесной) обмотки возбуждения;
Ш1 и Ш2 — начало и конец параллельной (шунтовой) обмотки возбуждения;
К1 и К2 — начало и конец компенсационной обмотки;
Н1 и Н2 — начало и конец обмотки независимого возбуждения;
Д1 и Д2 — начало и конец обмотки добавочных полюсов.
Возможны случаи, когда машина имеет несколько обмоток одного наименования. В этом случае их начала и концы после буквенных обозначений должны иметь две цифры:
первая указывает порядковый номер обмотки, a вторая,, — начало (1) или конец (2). Например, начало второй параллельной обмотки возбуждения будет иметь обозначение Ш21.

Источник

Классифиация машин постоянного тока по способу возбуждения

Для работы генератора необходимо наличие в нем магнитного поля. В зависимости от способа создания магнитного поля все генераторы постоянного тока (ГПТ) делят на:

1 — генераторы с независимым возбуждением:

— электромагнитные, где поле создается специальной обмоткой,

— магнитоэлектрические, где поле создается с помощью постоянных

2 — генераторы с самовозбуждением:

Свойства генераторов анализируют с помощью характеристик, устанавливающих зависимости между основными величинами, определяющими работу генератора. Таковыми являются:

— напряжение на зажимах, U, B;

— полезная электрическая мощность, Р , Вт;

— частота вращения якоря n, мин .

Номинальные значения этих величин входят в паспортные данные всех генераторов постоянного тока. Можно указать и ряд дополнительных величин, например, число пар полюсов Р, сопротивления обмоток R_я, R_ш, R_c и т.п. Основную группу характеристик снимают при неизменной частоте вращения якоря.

Основными характеристиками ГПТ являются:

(U_o — напряжение холостого хода генератора).

(R_в— сопротивление реостата в цепи возбуждения).

(U_ном — номинальное напряжение генератора).

37.ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА.Электрическими машинами называются устройства, предназначен­ные для преобразования механической энергии вращения в электри­ческую (генератор) и наоборот, электрическую энергию в механичес­кую (двигатель). Работа электрической машины основана на единст­ве закона электромагнитной индукции и закона электромагнитных сил.Возьмем устройство, состоящее из двух магнитных полюсов создающих постоянное магнитное поле, и якоря – стального цилиндра с уложен­ным на нем витком из электропроводного материала. Концы витка при­соединены к двум металлическим полукольцам, изолированным друг от друга и от вала. Полукольца соприкасаются с неподвижными щет­ками, соединенными с внешней цепью (рисунок 1.1).

При вращении якоря в соответствии с законом электромагнитной индукции в проводниках витка ab и cd при пересечении ими магнитного поля будет индуктироваться ЭДС, которая при наличии стального цилиндра равнаe = BLVгде V – линейная скорость движения проводника относительно магнитного поля;.B – индукция магнитного поля;.L – длина активной части витка.Направления ЭДС в проводниках ab и cd определяется по правилу правой руки. По контуру abcd эти ЭДС складываются и, так как верхний и нижний проводники находятся в одинаковых магнитных ус­ловиях, то ЭДС витка будет

Таким образом, в данных условиях характер изменения во времени ЭДС в проводнике при вращении определяется характером распределе­ния индукции в зазоре. Распределение ее по окружности якоря нерав­номерное, так как магнитное сопротивление Rμ потоку различное. Под полюсами индукция В имеет максимальное значение, в проме­жутке между полюсами индукция уменьшается, достигая на линии qq нулевого значения (рисунок 1.2,а). Линия dd, проходящая через центр якоря вдоль полюсов, называется продольной осью машины, а линия qq, проходящая через центр якоря посредине между полюсами, называется поперечной осью. Поперечную ось также называют геометрической ней­тралью. Часть окружности якоря, приходящуюся на один полюс, называет полюсным делением и обозначают τ. Рисунок 1.2

При вращении якоря через каждые полоборота проводники ab и cd оказываются в поле противоположных полюсов. Поэтому направле­ние ЭДС в них меняется на противоположное. Таким образом, при вращении якоря в витке индуктируется переменная ЭДС (рисунок 1.2,б). Для получения во внешней цепи постоянного тока устанавливают спе­циальный переключатель, называемый коллектором. Проводники ab и cd присоединяются к полукольцам, изолированным друг от друга и от вала. Полукольца (пластины коллектора) соприкасаются с непод­вижными щетками, соединенными с внешней цепью. При вращении якоря каждая из щеток будет соприкасаться только с той коллекторной пластиной и соответственно только с тем из проводников, который на­ходится под полюсом данной полярности. Направление ЭДС в витке изменяется на линии геометрической нейтрали и в это же момент происходит переключение полуколец к щеткам А и В. В резуль­тате полярность щеток в процессе работы машины остается неизмен­ной, а ЭДС и ток во внешней цепи становятся постоянными по направ­лению и переменным» по величине (рисунок 1.3). Таким образом, кол­лектор играет роль механического переключателя сторон витка к щет­кам, т.е. является выпрямителем. Чтобы сгладить пульсацию ЭДС и тока во внешней цепи, на якоре располагают несколько витков, при­соединенных к соответствующим парам коллекторных пластин и сдви­нутых относительно друг друга на некоторый угол. Практически уже при 16 витках на якоре пульсации тока становятся незаметными и ток во внешней цепи можно считать постоянными не только по направ­лению, но и по величине. Таким образом, мы получили генератор пос­тоянного тока.

Рисунок 1.3Рассмотрим работу данной системы в режиме двигателя. Если к щеткам приложить напряжение внешнего источника электроэнергии, то в витке потечёт ток. Согласно закону электромагнитных сил на каж­дую сторону витка будет действовать сила

Эти силы создадут вращающий момент

Под действием этого момента якорь начнет вращаться, преодолевая момент сопротивления на валу. После прохождения сторонами витка линии геометрической нейтрали они попадают в зону полюса противоположной полярности. Но в это же время в них изменяется и направле­ние тока, что осуществляется с помощью коллектора. В резуль­тате направление момента остается прежним, и якорь будет вращаться в том же направлении. В этом случае коллектор выполняет роль ин­вертора – преобразователя постоянного тока в переменный

Источник