Способы возбуждения машин постоянного тока и их классификация

Ток, протекающий в обмотке возбуждения основных полюсов, создает магнитный поток . Электрические машины постоянного тока следует различать по способу возбуждения и схеме включения обмотки возбуждения.

Генераторы постоянного тока могут выполняться с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. Следует заметить, что теперь применение в качестве источников энергии генераторов постоянного тока очень ограничено.

Обмотка возбуждения генератора постоянного тока с независимым возбуждением получает питание от независимого источника — сети постоянного тока, специального возбудителя , преобразователя и др. (рис. 1, а). Эти генераторы применяются в мощных системах, когда напряжение возбуждения должно быть выбрано отличным от напряжения генератора, в системах регулирования скорости вращения двигателей, которые питаются от генераторов и других источников.

Значение тока возбуждения мощных генераторов составляет 1,0—1,5% от тока генераторов и до десятков процентов для машин мощностью порядка десятков ватт.

Рис. 1. Схемы генераторов постоянного тока: а — с независимым возбуждением; б — с параллельным возбуждением; в — с последовательным возбуждением; г — со смешанным возбуждением П — потребители

У г енератора с параллельным возбуждением обмотка возбуждения включается на напряжение самого генератора (смотрите рис. 1,б). Ток якоря I я равен сумме токов нагрузки I п и тока возбуждения I в: I я = I п + I в

Генераторы выполняются обычно для средних мощностей.

Обмотка возбуждения генератора с последовательным возбуждением включена последовательно в цепь якоря и обтекается током якоря (рис. 1, в). Процесс самовозбуждения генератора протекает очень бурно. Такие генераторы практически не используются. В самом начале развития энергетики применялась система передачи энергии с последовательно включенными генераторами и двигателями последовательного возбуждения.

Генератор со смешанным возбуждением имеет две обмотки возбуждения — параллельную ОВП и последовательную ОВС обычно с согласным включением (рис. 1, г). Параллельная обмотка может быть включена до последовательной («короткий шунт») или после нее («длинный шунт»). МДС последовательной обмотки обычно невелика и рассчитана только на компенсацию падения напряжения в якоре при нагрузке. Такие генераторы теперь также практически не применяются.

Схемы возбуждения двигателей постоянного тока подобны схемам для генераторов. Двигатели постоянного тока большой мощности выполняются обычно с независимым возбуждением . У двигателей параллельного возбуждения обмотка возбуждения получает питание от того же источника энергии, что и двигатель. Обмотка возбуждения включается непосредственно на напряжение источника энергии, чтобы не сказывалось влияние падения напряжения в пусковом сопротивлении (рис. 2).

Рис. 2. Схема двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Ток сети Ic составляется из тока якоря I я и тока возбуждения I в.

Схема двигателя последовательного возбуждения подобна схеме на рис. 1, в. Благодаря последовательной обмотке вращающий момент при нагрузке возрастает больше, чем у двигателей параллельного возбуждения, при этом скорость вращения уменьшается. Это свойство двигателей определяет их широкое применение в приводах электровозной тяги: в магистральных электровозах, городском транспорте и др. Падение напряжения в обмотке возбуждения при номинальном токе составляет единицы процентов от номинального напряжения.

Двигатели смешанного возбуждения из-за наличия последовательной обмотки в некоторой мере имеют свойства двигателей последовательного возбуждения. В настоящее время они практически не применяются. Двигатели параллельного возбуждения иногда выполняются со стабилизирующей (последовательной) обмоткой, включаемой согласно с параллельной обмоткой возбуждения, для обеспечения более спокойной работы при пиках нагрузки. МДС такой стабилизирующей обмотки невелика — единицы процентов от основной МДС.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Способы возбуждения главного магнитного поля

Важнейшим классификационным признаком машин постоянного тока является способ возбуждения главного магнитного поля. Одним из них является использование постоянных магнитов на полюсах машины. Во многих современных машинах главное магнитное поле возбуждается с помощью электромагнитов. Для этого используется обмотка возбуждения с током возбуждения I_B, размещенная на сердечниках полюсов машины. Все рабочие характеристики машин постоянного тока(при работе как в режиме генератора, так и в режиме двигателя) зависят от способа включения цепи возбуждения по отношению к цепи якоря. Различают независимое, параллельное, последовательное и смешанное возбуждение машин.

В машинах с независимым возбуждением, обмотка возбуждения подключается к независимому источнику электроэнергии (рис. 8.3), благодаря чему ток в ней не зависит от напряжения на выводах якоря машины.

Рис. 8.3. Машина с независимым возбуждением.

Характерным для этих машин является независимость главного магнитного потока от нагрузки машины.

У машин с параллельным возбуждением цепь обмотки возбуждения соединяется параллельно с цепью якоря (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Машина с параллельным возбуждением.

В этом случае ток возбуждения I_B во много раз меньше тока якоря (0,05-0,01), а напряжение U между выводами цепей якоря и возбуждения — одно и то же. Следовательно, сопротивление обмотки возбуждения R_В = U/ I_B должно быть относительно велико. Обмотка возбуждения машины параллельного возбуждения имеет большое число витков w_пар, выполненных из тонкого провода, благодаря чему обладает значительным сопротивлением. Для машин параллельного возбуждения, работающих в системе большой мощности, характерно постоянство главного магнитного потока и его небольшая зависимость от условий нагрузки машины.

У машин с последовательным возбуждением ток якоря Iя равен току обмотки возбуждения (рис. 8.5).

Рис. 8.5 Машина с последовательным возбуждением

Значение тока Iя в обмотке последовательного возбуждения велико, благодаря чему для получения необходимой МДС (Iя w_пос) достаточно, чтобы эта обмотка имела малое число витков w_пос, поэтому сопротивление обмотки последовательного возбуждения R_B относительно мало. Для этих машин характерным является возможность изменения в широких пределах главного магнитного потока при изменениях нагрузки машины вследствие изменений тока якоря, который является одновременно и током возбуждения.

В машинах со смешанным возбуждением на каждом полюсном сердечнике расположены две обмотки (рис. 8.6).

Рис. 8.6. Машина со смешанным возбуждением

Одна из этих обмоток, подключаемая параллельно якорю, является основной. Создаваемая ею МДС (I_пap, w_пар) возбуждает главное магнитное поле. Вторая обмотка w_пос лишь дополнительно воздействует на это магнитное поле. В зависимости от преобразования МДС, создаваемых последовательной или параллельной обмоткой возбуждения, машина по своим характеристикам может быть машиной последовательного возбуждения с небольшой параллельной обмоткой возбуждения или машиной параллельного возбуждения с небольшой последовательной обмоткой возбуждения.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Возбуждение (магнитное) — Excitation (magnetic)

Электрический генератор или электрический двигатель состоит из ротора прядения в магнитном поле . Магнитное поле может создаваться постоянными магнитами или катушками возбуждения . В случае машины с катушками возбуждения ток должен течь в катушках для генерации поля, в противном случае энергия не передается на ротор или от него. Процесс создания магнитного поля с помощью электрического тока называется возбуждением . Катушки возбуждения обеспечивают наиболее гибкую форму регулирования и отмены регулирования магнитного потока, но за счет протекания электрического тока. Существуют гибридные топологии, которые включают в себя как постоянные магниты, так и катушки возбуждения в одной и той же конфигурации. Гибкое возбуждение вращающейся электрической машины используется либо методами бесщеточного возбуждения , либо путем подачи тока угольными щетками (статическое возбуждение).

Содержание

Возбуждение в генераторах

Для машины, использующей катушки возбуждения, как в случае с большинством больших генераторов, поле должно создаваться током, чтобы генератор мог производить электричество. Хотя часть собственного выхода генератора может использоваться для поддержания поля после его запуска, для запуска генератора необходим внешний источник тока. В любом случае важно иметь возможность контролировать поле, так как это будет поддерживать напряжение в системе.

Принцип усилителя

За исключением генераторов с постоянными магнитами, генератор вырабатывает выходное напряжение, пропорциональное магнитному полю, которое пропорционально току возбуждения; если нет тока возбуждения, нет и напряжения.

Таким образом, небольшое количество энергии, подаваемой в качестве тока возбуждения, может управлять большим количеством генерируемой мощности и может использоваться для ее модуляции. Этот принцип очень полезен для управления напряжением: если выходное напряжение системы меньше желаемого, ток возбуждения можно увеличить; если выходное напряжение высокое, возбуждение можно уменьшить. Синхронный конденсатор работает по тому же принципу, но нет «первичный двигатель» входной мощности; однако инерция вращения означает, что он может передавать или получать энергию в течение коротких периодов времени. Чтобы избежать повреждения машины из-за беспорядочного изменения тока, часто используется генератор рампы. Таким образом, генератор можно рассматривать как усилитель:

Раздельное возбуждение

Для больших или старых генераторов обычно питание отдельного динамо- возбудителя приводится в действие параллельно с основным генератором энергии . Это небольшой динамо-машина с постоянным магнитом или аккумулятором, которая вырабатывает ток возбуждения для более крупного генератора.

Самовозбуждение

Современные генераторы с полевыми катушками обычно самовозбуждаются ; т. е. некоторая часть выходной мощности ротора используется для питания катушек возбуждения. Железо ротора сохраняет некоторый остаточный магнетизм, когда генератор выключен. Генератор запускается без нагрузки; начальное слабое поле индуцирует слабый ток в катушках ротора, который, в свою очередь, создает начальный ток поля, увеличивая напряженность поля, тем самым увеличивая индуцированный ток в роторе, и так далее в процессе обратной связи, пока машина не «накапливается». до полного напряжения.

Запуск

Генераторы с самовозбуждением должны запускаться без какой-либо внешней нагрузки. Внешняя нагрузка потребляет электроэнергию от генератора до того, как способность вырабатывать электроэнергию может увеличиться.

Поле мигает

Если машина не имеет достаточного остаточного магнетизма для достижения полного напряжения, обычно предусматривается подача тока в ротор от другого источника. Это может быть аккумулятор , домашний блок, обеспечивающий постоянный ток , или выпрямленный ток от источника переменного тока . Поскольку этот начальный ток требуется в течение очень короткого времени, он называется миганием поля . Даже небольшие портативные генераторные установки могут иногда нуждаться в перепрошивке в поле для перезапуска.

Сопротивление критического поля является максимальным сопротивлением контура поля для заданной скорости , с которой шунтом генератор будет возбуждать. Шунтирующий генератор будет нарастать напряжение только в том случае, если сопротивление цепи возбуждения меньше критического сопротивления поля. Это касательная к характеристикам холостого хода генератора при заданной скорости.

Бесщеточное возбуждение

Бесщеточное возбуждение создает магнитный поток на роторе электрических машин без использования угольных щеток. Обычно он используется для снижения затрат на регулярное обслуживание и снижения риска возгорания щеток. Он был разработан в 1950-х годах в результате достижений в области мощных полупроводниковых устройств . Идея заключалась в использовании вращающегося диодного выпрямителя на валу синхронной машины для сбора наведенных переменных напряжений и их выпрямления для питания обмотки возбуждения генератора.

В бесщеточном возбуждении исторически отсутствовала быстрая дерегуляция потока, что является серьезным недостатком. Однако появились новые решения. Современные вращающиеся схемы включают в себя компоненты активного снятия возбуждения на валу, расширяющие пассивный диодный мост. Более того, их недавние разработки в области высокопроизводительной беспроводной связи реализовали полностью контролируемые топологии на валу, такие как тиристорные выпрямители и интерфейсы прерывателей.

Источник