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 машин постоянного тока

Для работы электрической машины необходимо наличие маг­нитного поля. В большинстве машин постоянного тока это поле создается обмоткой возбуждения, питаемой постоянным током. Свойства машин постоянного тока в значительной степени опре­деляются способом включения обмотки возбуждения, т. е. спосо­бом возбуждения.

По способам возбуждения машины постоянного тока можно классифицировать следующим образом:

– машины независимого возбуждения, в которых обмотка возбуждения (ОВ) питается постоянным током от источ­ника, электрически не связанного с обмоткой якоря (рис. 11, а);

– машины параллельного возбуждения, в которых обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены параллельно (рис. 11, б);

– машины последовательного возбуждения (обыч­но применяемые в качестве двигателей), в которых обмотка воз­буждения и обмотка якоря соединены последовательно (рис. 11, в);

– машины смешанного возбуждения, в которых имеются две обмотки возбуждения – параллельная ОВ1 и после­довательная ОВ2 (рис. 11, г);

– машины с возбуждением постоянными маг­нитами (рис. 11, д).

Все указанные машины (кроме последних) относятся к маши­нам с электромагнитным возбуждением, так как маг­нитное поле в них соз­дается электрическим током, проходящим в обмотке возбуждения.

Рис. 11. Способы возбуждения машин по­стоянного тока

Начала и концы обмоток машин по­стоянного тока со­гласно ГОСТу обо­значаются: обмотка якоря – Я1 и Я2, об­мотка добавочных полюсов – Д1 и Д2, компенсационная обмотка – К1 и К2, обмотка возбуждения независимая – Ml и М2, обмотка возбуждения параллельная (шунтовая) – Ш1 и Ш2, обмотка возбуждения последовательная (сериесная) – С1 и С2.

Контрольные вопросы

1. Какие участки содержит магнитная цепь машины постоянного тока?

2. В чем сущность явления реакции якоря машины постоянного тока?

3. Почему МДС якоря, действующая по поперечной оси, вызывает размагничи­вание машины по продольной оси?

4. Как учитывается размагничивающее действие реакции якоря при расчете числа витков полюсной катушки обмотки возбуждения?

5. С какой целью компенсационную обмотку включают последовательно с об­моткой якоря?

6. Почему с увеличением воздушного зазора ослабляется размагничивающее влияние реакции якоря?

7. Какие способы возбуждения применяют в машинах постоянного тока?

8. Что называется коммутацией в М.П.Т?

9. Способы улучшения коммутации?

Лекция № 4

Генераторы постоянного тока и их основные характеристики

Основные понятия

В процессе работы генератора постоянного тока в обмотке якоря индуцируется ЭДС Е_а. При подключении к генератору нагрузки в цепи яко­ря возникает ток, а на выводах генератора устанав­ливается напряжение, определяемое уравнением на­пряжений для цепи якоря генератора:

(28.1)

(28.2)

– сумма сопротивлений всех участков цепи якоря: обмотки якоря r_а, обмотки добавочных полюсов r_д, компенсационной обмотки r_к.о, последовательной обмотки возбуждения r_с и переходного щеточного контакта r_щ.

Якорь генератора приводится во вращение при­водным двигателем, который создает на валу гене­ратора вращающий момент М₁. Если генератор ра­ботает в режиме х.х. (I_a = 0), то для вращения его якоря нужен сравнительно небольшой момент холо­стого хода M₀. Этот момент обусловлен тормозными моментами, возникающими в генераторе при его работе в режиме х.х.: моментами от сил трения и вихревых токов в якоре.

При работе нагруженного генератора в проводах обмотки якоря появляется ток, который, взаимодей­ствуя с магнитным полем возбуждения, создает на якоре электромагнитный момент М. В генераторе этот момент направлен встречно вра­щающему моменту приводного двигателя ПД (рис. 12), т. е. он является нагрузочным (тормозящим).

При неизменной частоте вращения (n=const) вра­щающий момент приводного двигателя М₁ уравнове­шивается суммой противодействующих моментов: мо­ментом х.х. М₀ и электромагнитным моментом М, т. е.

Выражение (28.3) – уравнение моментов для генератора при n = const. Умножив члены уравнения (28.3) на угловую скорость вращения якоря w, получим уравнение мощностей:

где Р₁ = М₁w – подводимая от приводного двигателя к генератору мощность (меха­ническая); Р₀ = М₀w – мощ­ность х.х., т.е. мощность, подводимая к генератору в режиме х.х. (при отключен­ной нагрузке); Р_эм = Мw – электромагнитная мощность генератора.

Рис. 12. Моменты, действующие в генераторе постоянного тока.

Согласно (25.27), получим

или с учетом (28.1)

(28.5)

где P₂ – полезная мощность генератора (электрическая), т. е. мощ­ность, отдаваемая генератором нагрузке; Р_эа – мощность потерь на нагрев обмоток и щеточного контакта в цепи якоря.

Учитывая потери на возбуждение генератора Р_э.в,получим уравнение мощностей для генератора постоянного тока:

Следовательно, механическая мощность, развиваемая при­водным двигателем Р₁, преобразуется в генераторе в полезную электрическую мощность Р₂, передаваемую нагрузке, и мощ­ность, затрачиваемую на покрытие потерь (Р₀+Р_эа+ Р_э.в).

Так как генераторы обычно работают при неизменной частоте вращения, то их характеристики рассматривают при условии n = const. Рассмотрим основные характеристики генераторов посто­янного тока.

Характеристика холостого хода – зависимость напряжения на выходе генератора в режиме х.х. U₀ от тока возбуждения I_в:

U₀ = ¦ (I_в) при I = 0 и n = const.

Нагрузочная характеристика – зависимость напряжения на выходе генератора U при работе с нагрузкой от тока возбу­ждения I_в:

U = ¦ (I_в) при I = 0 и n = const.

Внешняя характеристика – зависимость напряжения на вы­ходе генератора U от тока нагрузки I:

U = ¦(I_в) при r_рг = const и n = const,

где r_рг – регулировочное сопротивление в цепи обмотки возбуж­дения.

Регулировочная характеристика – зависимость тока возбуж­дения I_в от тока нагрузки I при неизменном напряжении на выходе генератора:

I_в = ¦(I) при U= const и n = const.

Вид перечисленных характеристик определяет рабочие свой­ства генераторов постоянного тока.

Источник

Способы возбуждения машин постоянного тока

Законспектировать лекцию, ответить на контрольные вопросы

Лекция

Тема: Принцип действия машины постоянного тока.

План лекции

Электрические машины постоянного тока

Принцип действия.

Применение.

Ключевые слова: принцип действия, устройство, применение, машина постоянного тока

Литература: Б.С. Гершунский «Электротехника с основами промышленной электроники п.9.7

Электрическими машинами называются устройства для преобразования механической энергии в электрическую и наоборот.

Два неподвижных полюса N и S создают магнитный поток. В пространстве между полюсами помещается стальной сердечник в виде цилиндра (рис. 1).

Рис. 1 К принципу действия машины постоянного тока

На наружной поверхности цилиндра помещен виток медной проволоки abcd, изолированный от сердечника. Концы его присоединены к двум кольцам, на которые наложены щетки 1 и 2. К щеткам подключена нагрузка zн.
Если вращать сердечник с частотой n в указанном на рисунке направлении, то виток abcd, вращаясь, будет пересекать магнитные силовые линии, на концах его будет наводиться ЭДС. И если к витку подключена нагрузка zн, то потечет и ток. Направление тока определится правилом «правой руки». Из рисунка видно, что направление тока будет от точек b к а и от d к с. Соответственно во внешней цепи ток течет от щетки 1 к щетке 2. Щетку 1, от которой отводится ток во внешнюю цепь, обозначим (+), а щетку 2, через которую ток возвращается в машину обозначим (-). При повороте витка на 180° проводники аb и cd меняются местами, изменяется знак потенциала на щетках 1 и 2 и изменится на обратное направление ток во внешней цепи.
Таким образом, во внешней цепи течет переменный синусоидальный ток (рис. 2).

Рис. 2 График изменения тока

Чтобы выпрямить переменный ток, необходимо в машине применить коллектор (рис. 3).

Рис. 3 Схема выпрямления тока

В простейшем случае это два полукольца и к ним припаиваются концы витков abcd. Полукольца изолирования друг от друга и от вала. При вращении в витке abcd в нем по-прежнему возникает переменная ЭДС, но под каждой щеткой будет ЭДС только одного знака: верхняя щетка будет иметь всегда (+), а нижняя — всегда (-).

Кривая тока во внешней цепи будет иметь другую форму (рис. 4).

Рис. 4 График выпрямленного тока двумя полукольцами

Из графика видно, что нижняя полуволна заменена верхней. Если применить не один виток, а два и присоединить их концы к коллекторным пластинам, которых теперь 4, то кривая выпрямленного тока будет иной.
При наличии нескольких витков кривая выпрямленного напряжения будет более сглаженной (рис. 5).

Рис. 5 График выпрямления тока коллектором

Машина постоянного тока конструктивно состоит из неподвижной части — статора и вращающейся — ротора. Статор имеет станину, на внутренней поверхности которой крепятся магнитные полюсы с обмотками (рис. .6).

Рис. 6 Статор машины постоянного тока

Ротор машины чаще называется якорем. Он состоит из вала, цилиндрического сердечника, обмотки и коллектора (рис. 7).

Магнитные полюсы и сердечник якоря набираются из отдельных листов электротехнической стали. Листы покрываются изолированной бумагой или лаком для уменьшения потерь на гистерезис и вихревые токи. Коллектор набирают из медных пластин, имеющих сложную форму (рис. 8). Пластины друг от друга изолированы специальной теплостойкой прокладкой. Такая же изоляция имеется между коллектором и валом двигателя. Набор коллекторных пластин образует, цилиндр-коллектор.

Рис. 8 Коллектор машины постоянного тока

К внешней поверхности коллектора прилегают токосъемные щетки, которые выполнены из спрессованного медного и угольного порошка.
Щетка помещается в металлическую обойму и прижимается к коллектору пружинами (рис. 9).

Рис. 9 Щёточное устройство

Способы возбуждения машин постоянного тока

Возбуждение — это понятие, связанное с созданием основного магнитного поля машины. В машинах с электромагнитным возбуждением основное поле создается обмотками возбуждения. Имеются конструкции, в которых возбуждение создается постоянными магнитами, размещенными на статоре.
Различают четыре схемы включения статорных обмоток: с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением (рис. 21.10).

Рис .10 Схемы возбуждения машин постоянного тока

Изображения под пунктами б, в, г на рис. 7.2.1, называются схемами с самовозбуждением. Процесс самовозбуждения происходит за счет остаточной намагниченности полюсов и станины. При вращении якоря в этом, небольшом по величине, магнитном поле (ФОСТ = 0,02 0,03 ФО) индуцируется ЭДС — ЕОСТ.Поскольку обмотка возбуждения подключена через щетки к якорю, то в ней будет протекать ток. Этот ток усилит магнитное поде полюсов и приведет к увеличению ЭДС якоря. Большая ЭДС вновь увеличит ток возбуждения и произойдет нарастание магнитного потока до полного намагничивания машины.
Обмотки якоря машины постоянного тока.

Для работы машины постоянного тока необходимо наличие двух обмоток; обмотки возбуждения и обмотки якоря. Первая, как известно, служит для создания в машине основного магнитного потока, а во второй происходит преобразование энергии.

Обмотка якоря является замкнутой системой проводников, уложенных в пазах.

Элементом якорной обмотки является секция, которая может быть одно — или много витковой. Секция состоит из активных сторон и лобовых частей. При вращении якоря, в каждой из активных сторон индуцируется ЭДС, величина которой равна:

т.е. она зависит от магнитной индукции полюсов ВСР, длины проводника L и скорости его движения V. В реальной машине, будь она генератором или двигателем, в наведении ЭДС участвуют все проводники обмотки якоря.
Величина суммарной ЭДС:

где n — скорость вращения якоря (ротора), об/мин;

Ф — магнитный поток полюсов;

Се — постоянный коэффициент, зависящий от количества витков в секции.

Обмотка якоря может быть петлевой и волновой. Петлевая обмотка, если ее изобразить в развернутом виде, имеет следующий вид (рис. 11):

Рис.11 Петлевая обмотка якоря

Расстояние между активными сторонами одной секции называется первым шагом обмотки — y1. Расстояние между началом второй секции и концом первой называется вторым шагом обмотки — у2. Расстояние между, началами секций, следующих друг за другом, называется результирующим шагом — у. Шаги обмотки определяются числом пазов.
Расстояние между коллекторными пластинами, куда припаиваются начало и конец, принадлежащие одной секции, называется шагом по коллектору — ук. В петлевой обмотке ук= 1. Шаг ук определяется числом коллекторных пластин.
Развернутая волновая обмотка имеет вид: (рис. 21.12).

Рис. 12 Волновая обмотка якоря

Форма волновой обмотки отлична от петлевой и, следовательно, будет иное соединение секций.

Однако шаги волновой обмотки имеют общее с петлевой определение.
Шаг по коллектору здесь значительно больше единицы (ук >> 1).

1. Что представляет собой машина постоянного тока?

2. Опишите устройство и принцип действия машины постоянного тока?

Источник