Компенсационная обмотка — Студопедия
В машинах с h < 200 мм целесообразно изолировать сердечники полюсов полимерными пленками, образуемыми методом напыления. Напыление производится в камере, в которой поступающая под давлением струи воздуха порошкообразная термореактивная смола (например, эпоксидная) осаждается на предварительно нагретой поверхности сердечника полюса, а затем затвердевает. Процесс протекает с образованием пленки толщиной около 1 мм. Пленка обладает высокими электроизоляционными свойствами и механической прочностью. Для дополнительного повышения надежности такой изоляции целесообразно перед напылением закруглять кромки неизолированного сердечника.
На каждом полюсе — главном или добавочном — располагают одну катушку; на главном полюсе может также дополнительно размещаться катушка последовательной стабилизирующей обмотки двигателя или компаундной обмотки генератора. Изоляция катушек полюсов состоит из тонкостенного каркаса, изготовляемого из лакотканеслюдопласта и стеклянной ленты. Конструкция изоляции обмотки приведена в приложении 31.
В больших машинах с h= 225 ÷ 315 мм катушки параллельной обмотки главных полюсов изготовляют в виде одной шайбы или для увеличения поверхности охлаждения из двух шайб на полюсе, между которыми для образования дистанции располагают металлическую скобу; на полюсе может также располагаться при необходимости дополнительная последовательная обмотка возбуждения. Изоляция катушек параллельной и последовательной обмоток состоит из изоляционного каркаса толщиной 2 мм и стеклоленты. Катушки добавочных полюсов в таких машинах выполняют из неизолированной шинной меди, гнутой на ребро. Материалом для изоляционных прокладок между витками катушек служит асбестовая бумага, пропитанная изоляционным лаком (при классах нагревостойкости изоляции В и F) или фенилоновая бумага (при классе Н).
Конструкция изоляции катушек параллельной (или независимой) обмотки главных полюсов, состоящих из двух шайб, и последовательнойстабилизирующей обмотки двигателей или компаундной обмотки генераторов, а также катушек обмотки добавочных полюсов приведена в приложении 32. Конструкция изоляции параллельной (или независимой) обмотки главных полюсов, состоящей из одной катушки на полюсе, показана на рис. 3-5.
У машин, работающих в тяжелых условиях (h > 355 мм), применяют обмотки полюсов повышенной надежности. Изоляционные каркасы обмотки главных полюсов, а также крепежные детали имеют увеличенную толщину. Катушки главных полюсов в этих машинах также обладают развитой поверхностью охлаждения за счет выполнения их из отдельных (двух или трех) шайб. Обмотку добавочных полюсов выполняют из неизолированной меди, гнутой на ребро, а катушки крепят к полюсу металлическими хомутами. Конструкция изоляции обмоток повышенной надежности приведена в приложении З3.
Марки пропиточных лаков и способы пропитки обмоток полюсов такие же, как указанные в§3-13 для обмоток статоров. При применении изоляции «Монолит» (см. § 3-6) насаженные на сердечники полюсов изолированные катушки подвергают вакуумной пропитке термореактивным компаундом таким образом, что образуется монолитный единый блок полюс — катушка. При такой конструкций изоляции значительно улучшается теплоотдача катушек, а пропитка блоков полюс-катушка создает настолько прочное сцепление обмотки с сердечником полюса, что отпадает необходимость в применении крепящих деталей, в том числе металлических и изоляционных рамок. При применении изоляции «Монолит» температура обмотки значительно понижается (см. § 10 -16).
Компенсационная обмотка. Компенсационная обмотка располагается в пазах наконечников главных полюсов. При стержневой обмотке пазы прямоугольные полузакрытые. Стержни изготовляют из неизолированной меди, изолируют, а затем вставляют в пазы с торца. Соединяют стержни медными дугами с помощью пайки; для выдерживания определенной дистанции (5—6 мм) между дугами устанавливают прокладки из стеклотекстолита, закрепляемые бандажами. Конструкция изоляции стержней компенсационной обмотки приведена в приложении 34.
При секционной обмотке пазы прямоугольные открытые, секции крепят клиньями. Секционную обмотку выполняют, как и стержневую, из неизолированных проводов. Секции изготовляют намоткой на шаблонах с последующим изолированием. Конструкция изоляции секционной обмотки приведена в приложении 35.
Напряжение между коллекторными пластинами и компенсационная обмотка
Дата публикации: .
Категория: Машины постоянного тока.
Напряжение между коллекторными пластинами
Реакция якоря в определенных условиях может вызвать нежелательные по своим последствиям явления.
К числу таких явлений относится прежде всего увеличение напряжения между коллекторными пластинами вследствие искажения поля под воздействием поперечной реакции якоря.
При холостом ходе максимальное напряжение между соседними пластинами в случае, например, применения простой петлевой обмотки
uк = 2 × Bδ × wс × lδ × vа .
где wс – число витков секции, Bδ – магнитная индукция в воздушном зазоре, lδ – расчетная длина якоря, vа – окружная скорость вращения якоря.
При нагрузке максимальная индукция под одним из краев полюса (смотрите рисунок 1, в, в статье «Влияние реакции якоря на магнитный поток машины») достигает некоторого значения Bδ макс и
uк.макс = 2 × Bδ макс × wс × lδ × vа .
Следовательно,
| uк.макс / uк = Bδ макс / Bδ . | (1) |
Среднее напряжение между соседними коллекторными пластинами
uк.ср = 2 × Bδ ср × wс × lδ × vа = 2αδ × Bδ × wс × lδ × vа ,
где αδ – коэффициент полюсной дуги,
и поэтому
 | (2) |
При расчете машин постоянного тока число коллекторных пластин K выбирается таким образом, чтобы среднее напряжение между соседними коллекторными пластинами
 | (3) |
не превышало 18 – 22 В.
Согласно выражениям (2) и (3),
 | (4) |
Предельное значение uк.макс ограничивается возможностью возникновения электрической дуги между смежными пластинами. Поэтому обычно требуется, чтобы uк.макс ≤ 30 – 50 В.
Недопустимое повышение uк.макс может произойти либо вследствие увеличения Bδ макс под воздействием реакции якоря (например, значительная перегрузка машины), либо вследствие уменьшения Bδ (двигатели с регулированием скорости в широких пределах).
Искажение кривой поля тем значительнее, чем меньше воздушный зазор. Зазор в машинах средней и большой мощности выбирают обычно таким, чтобы при номинальном режиме индукция под краем полюса (x = bδ / 2) не меняла своего направления («опрокидывание» поля). Согласно выражению (6), в статье «Влияние реакции якоря на магнитный поток машины», для этого необходимо, чтобы сумма намагничивающих сил зазора и зубцов
При диаметре якоря Dа = 10 – 50 см обычно δ ≈ 0,009 × Dа. Здесь Aа – линейная нагрузка якоря, bδ – расчетная полюсная дуга.
Компенсационная обмотка
Эффективным средством борьбы с искажением кривой поля и увеличением напряжения между коллекторными пластинами является применение компенсационной обмотки.
 |
| Рисунок 1. Расположение компенсационной обмотки (а) и диаграммы намагничивающей силы якоря (Fа), компенсационной обмотки (Fк.о) и результирующей намагничивающей силы (Fа + Fк.о) при равенстве (б) и неравенстве (в) линейных нагрузок якоря и компенсационной обмотки |
Она размещается в пазах, выштампованных в полюсных наконечниках (рисунок 1, а), так, чтобы направления токов в этой обмотке и обмотке якоря в пределах каждого полюсного деления были противоположны. Если линейные нагрузки обеих обмоток равны (Aа = Aк.о), то влияние поперечной реакции якоря в пределах полюсного наконечника устраняется полностью (рисунок 1, б). Последовательное соединение этих обмоток обеспечивает такую компенсацию при всех нагрузках. Однако соблюдение условия Aа = Aк.о в точности не всегда возможно. В таких случаях в пределах полюсного наконечника сохраняется некоторое влияние поперечной реакции якоря и максимальное значение намагничивающей силы реакции якоря в нейтральной зоне
также увеличивается (рисунок 1, в). Здесь τ – полюсное деление.
При наличии компенсационной обмотки воздушный зазор можно брать минимально допустимым по механическим условиям.
Компенсационная обмотка обычно применяется в мощных и быстроходных машинах, когда Uн > 400 – 500 В, Pн/2 > 80 – 100 кВт, машина подвергается перегрузкам более 20 % и коммутация затруднена (реактивная электродвижущая сила er > 5 – 7 В).
Источник: Вольдек А. И., «Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений» – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.
Устройство электрических машин постоянного тока
Статор в машине постоянного тока состоит из станины 12 (рис. 1), главных 24 и добавочных 26 полюсов с обмотками. В машинах малой мощности добавочные полюса могут отсутствовать. Ротор (якорь) состоит из вала 22, сердечника 14 с обмоткой 10 и коллектора 9.
Рис. 1. Машина постоянного тока серии 2П
В верхней части корпуса ввинчивается рым-болт или привариваются проушины 25 для транспортировки машины, с торцов выполнены центрирующие заточки для подшипниковых щитов 4 и 19, которые крепятся винтами 20.
Сердечник якоря набирается из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм на вал. Нажимные шайбы 15 служат одновременно опорами для лобовых частей обмотки 10, на которые наложен бандаж. Концы секций обмотки присоединены к коллекторным пластинам. Коллектор 9 состоит из медных пластин, изолированных друг от друга прокладками из миканита. Подшипники с обеих сторон закрыты крышками.
В верхней части отверстия выполнены в виде жалюзи 23 для защиты машины от падающих сверху и под углом к вертикали капель.
Выводы от якорной обмотки и обмотки возбуждения главных полюсов пропущены через отверстия в станине и подсоединены к колодке зажимов, расположенной в коробке 11.
Подшипниковые опоры машины постоянного тока аналогичны опорам асинхронных машин. У двигателей постоянного тока с высотами оси вращения 80—200 мм обычно со стороны привода и с противоположной стороны устанавливают шариковые подшипники 1, у двигателей с высотами 225—315 мм со стороны привода — роликовые, а с противоположной — шариковые подшипники. Подшипниковые крышки 2 крепятся болтами 21, которые проходят через сквозные отверстия в щитах и ввинчиваются в резьбовые отверстия во внутренних крышках. Болты контрятся пружинными шайбами.
Балансировка ротора производится установкой грузиков в виде ласточкина хвоста в кольцо 7 со стороны коллектора и в канавку на вентиляторе 18. У малых машин балансировка может осуществляться удалением металла путем сверления отверстий в вентиляторе и коллекторе.
Рис. 20. Машина постоянного тока с компенсационной обмоткой
Для компенсации реакции якоря в машинах постоянного тока значительной мощности применяют компенсационную обмотку 5 (рис. 20). Ее располагают в пазах наконечников главных полюсов 8 и соединяют последовательно с обмоткой якоря 4. Компенсационную обмотку рассчитывают и включают таким образом, чтобы ее магнитное поле было равно и направлено встречно полю якоря. Компенсационная обмотка усложняет изготовление и ремонт машины, поэтому ее применяют обычно в крупных машинах и постоянного тока.
Бракеты 13 в машинах большой мощности выполняют в виде плоских пластин с приливами, через отверстия в которых они винтами крепятся к траверсе 14. Винты изолируют гетинаксовыми трубками и прокладками, так как к траверсе крепятся бракеты разной полярности. Траверса согнута из полосовой стали в виде кольца и закреплена на подшипниковом щите.
Сердечник 10 якоря выполнен с аксиальными вентиляционными каналами 9. Каналы для охлаждающего воздуха предусмотрены также между коллектором 12 и валом 1. Вентилятор 3 установлен со стороны привода. Щиты 2 и 15 центрируются в заточках корпуса 6. Лобовые части обмотки якоря 4 опираются на изолированный обмоткодержатель 11.
В машинах постоянного тока выведенные наружу концы обмоток маркируют буквами: Я — обмотка якоря, К — компенсационная обмотка, Д — обмотка добавочных полюсов, С — последовательная обмотка возбуждения, Ш — параллельная обмотка возбуждения, П -— пусковая обмотка, У — уравнительный провод и уравнительная обмотка. К буквенным обозначениям добавляются цифру: 1 — начало обмотки, 2 — конец обмотки; например, Я1— начало обмотки якоря, Я2 — конец.
В малых коллекторных машинах постоянного и переменного тока выводы (начала обмоток) маркируют следующими цветами: белым — обмотка якоря, красным — обмотка последовательного возбуждения, зеленым — обмотка параллельного возбуждения. На концах обмоток добавляется черный цвет.
В машинах постоянного тока отличие воздействия МДС дополнительных полюсов от воздействия МДС компенсационных обмоток состоит в
⇐ ПредыдущаяСтр 20 из 30Следующая ⇒1) компенсации поперечной составляющей реакции якоря;
2) компенсации продольной составляющей реакции якоря;
3) компенсации поперечной составляющей реакции якоря в пределах полюсной дуги машины.
Если ток первичной обмотки трансформатора уменьшился, это вызвано
1) увеличением нагрузки;
2) уменьшением нагрузки;
3) тем, что сопротивление нагрузки стало равным нулю.
Назначение конденсаторов в однофазных асинхронных двигателях —
1) увеличение КПД двигателя;
2) увеличение коэффициента мощности cosφ;
3) получение вращающегося магнитного поля.
Шум трансформаторов обусловлен
1) магнитострикцией;
2) поверхностным эффектом;
3) выполнением обмоток трансформатора с сосредоточенными параметрами.
59. Преобразование энергии в автотрансформаторах происходит:
1) электромагнитным путем;
2) электрическим;
3) электромагнитным и электрическим.
60. В двухскоростных однообмоточных асинхронных двигателях изменение частоты вращения обеспечивается:
1) изменением величины напряжения;
2) изменением числа полюсов;
3) изменением величины скольжения.
Уменьшение тока холостого хода асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при сохранении постоянного момента достигается
1) снижением величины напряжения питания;
2) уменьшением величины воздушного зазора между ротором и статором.
УСТАНОВИТЕ СООТВЕТСТВИЕ
Установите соответствие между режимом работы синхронного двигателя и потребляемым током
| Режим работы синхронного двигателя | Потребляемый ток |
| 1) режим перевозбуждения | а) активный ток |
| 2) режим недовозбуждения | б) емкостный ток |
| в) индуктивный ток |
УСТАНОВИТЕ правильную последовательность
63. Асинхронный пуск явнополюсного синхронного двигателя производится (выполняется) в следующей последовательности:
1) подается напряжение в обмотку возбуждения;
2) обмотка возбуждения ротора замыкается на разрядное сопротивление;
3) обмотка статора двигателя подключается к сети;
4) выключается разрядное сопротивление в цепи обмотки возбуждения.
64. Пуск двигателя постоянного тока параллельного возбуждения производится в следующей последовательности:
1) постепенно увеличивается сопротивление реостата в цепи обмотки возбуждения;
2) подается напряжение питания на двигатель;
3) уменьшается (выводится) сопротивление реостата в цепи обмотки возбуждения до минимума, вводится полностью сопротивление реостата в цепи якоря;
4) постепенно выводится (уменьшается) сопротивление в цепи якоря.
65. Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором и вывод его на естественную механическую характеристику производится в следующей последовательности:
1) уменьшается количество ступеней пускорегулирующих сопротивлений, включенных через контактные кольца в цепь обмотки ротора;
2) вводятся все ступени пускорегулирующих сопротивлений в цепи об-
мотки ротора;
3) подключаются к сети выводы обмотки статора;
4) поднимаются щетки от контактных колец после закорачивания всех
колец с помощью специального устройства.
ДОПОЛНИТЕ
66. Воздействие поля тока статора синхронных генераторов на поле возбуждения ротора называется _______________ _______________.
67. Отношение разности синхронной скорости вращения магнитного поля и скорости вращения ротора к скорости поля в асинхронных двигателях называется _______________.
68. Электрическая машина переменного тока с разными скоростями вращения магнитного поля статора и ротора называется
_____________ ___________.
69. Трансформатор, у которого количество витков первичной обмотки меньше, чем количество витков вторичной обмотки, называется
_____________.
70. Сердечники электрических машин и трансформаторов выполняют шихтованными из пластин электротехнической стали для уменьшения величины потерь на ______________ ______________.
Таблица ответов по дисциплине «Электрические машины»
| Ответы к заданиям с одним правильным ответом | |||||||||||
| 1 | 2 | 2 | 3 | 2 | 1 | 3 | 2 | 1 | |||
| 1 | 3 | 1 | 1 | 2 | 1 | 3 | 3 | 3 | |||
| 2 | 3 | 2 | 2 | 3 | 3 | 2 | 3 | 3 | |||
| 3 | 3 | 2 | 1 | 3 | 3 | 1 | 3 | 1 | |||
| 3 | 3 | 2 | 1 | 3 | 3 | 2 | 3 | 1 | |||
| 1 | 1 | 1 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | |||
| 3 | 2 | 3 | 1 | 3 | 2 | 2 | |||||
| Ответы к заданиям на соответствие | |||||||||||
| 1-б; 2-в | |||||||||||
| Ответы к заданиям на правильную последовательность | |||||||||||
| 2, 3, 4, 1 | 3, 2, 1, 4 | 2, 3, 1, 4 | |||||||||
| Ответы к заданиям на дополнение | |||||||||||
| реакцией якоря | скольжением | асинхронной машиной | |||||||||
| повышающим | вихревые токи | ||||||||||
Электроника
СТРУКТУРА ТЕСТА
Реакция якоря машины постоянного тока
Смещение магнитного поля генератора. Под реакцией якоря понимают явление воздействия магнитного поля, создаваемого током якоря, на магнитное поле главных полюсов.
При холостом ходе генератора магнитное поле машины образовано только главными полюсами (рис. 1.10, а). Оно симметрично относительно оси полюсов и его ось совпадает с осью полюсов. Когда генератор работает с нагрузкой, по обмотке якоря протекает ток, который создает свое магнитное поле (рис. 1.10.б), называемое полем якоря. Ось магнитного поля якоря совпадает с линией, соединяющей щетки, т.е. с геометрической нейтралью, и перпендикулярна оси главных полюсов. При вращении якоря распределение тока в проводниках якоря остается неизменным и поле якоря — неподвижным в пространстве. Индукция этого поля пропорциональна току в якоре.
Рис. 1.10
При работе генератора с нагрузкой поле якоря накладывается на поле полюсов. В генераторе создаётся результирующее поле (рис 1.10, В), повернутое по направлению вращения якоря на некоторый угол у относительно поля главных полюсов. Физическая нейтральная линия оказывается повернутой на тот же угол 
относительно геометрической нейтральной линии. При изменении нагрузки индукция поля якоря изменяется, изменяется и угол .
Результаты смещения магнитного поля. Смещение физической нейтральной линии вызывает нежелательные последствия, приводящие к ухудшению работы генератора: Ø уменьшается ЭДС, так как щетки оказываются установленными в точках, между которыми разность потенциалов не максимальная;
Ø переключение проводников обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую происходит не на физической нейтрали, а на геометрической, где расположены щетки и где результирующее поле В′ ≠ 0, что, как будет показано в следующем параграфе, приводит к искрению щеток и обгоранию коллекторных пластин;
Ø индукция магнитного поля под полюсами распределяется неравномерно; под краем полюса, на который якорь набегает, она уменьшается, а под краем полюса, с которого сбегает, – увеличивается (штриховая линия на рис. 1.7) настолько, что может создаться насыщение сбегающего края полюса и зубцов якоря. В результате появится продольная размагничивающая составляющая поля якоря, направленная против поля главных полюсов, что также приведет к уменьшению ЭДС якоря. Кроме того, в части проводников, находящихся в зоне магнитного насыщения, наводится значительная ЭДС, которая может вызвать пробой изоляции между соседними коллекторными пластинами и повышенное искрение на коллекторе.
Смещение магнитного поля двигателя. У двигателя постоянного тока при том же направлении тока в якоре направление вращения якоря по сравнению с генератором противоположное (штриховая стрелка на рис. 1.10, в), а картина распределения полей одинаковая. Результирующее поле и физическая нейтральная линия оказываются повернутыми на угол против направления вращения якоря.
Это приводит к нежелательным последствиям: уменьшается вращающий момент двигателя, так как часть проводников параллельной ветви, расположенных между щеткой и физической нейтралью, будет находиться в зоне полюса противоположной полярности – эта часть проводников будет создавать тормозной момент.
Как и у генератора, возможно искрение щеток и обгорание коллектора, а также появление продольного размагничивающего поля.
Способы уменьшения влияния реакции якоря. Наиболее действенным и распространенным средством уменьшения влияния реакции якоря на работу машины является применение дополнительных полюсов. Дополнительные полюсы устанавливаются на геометрической нейтральной линии между главными полюсами (рис. 1.11).
Их обмотка включается последовательно с обмоткой якоря и намотана так, что ее магнитное поле направлено против магнитного поля якоря. В зоне геометрической нейтральной линии создаются условия, благоприятные для безыскровой работы щеток (более подробно этот вопрос рассмотрен в следующем параграфе). Дополнительные полюсы выполняют свои функции во всех режимах работы машины: при изменении нагрузки одновременно изменяются ток и поле якоря, ток и поле дополнительных, полюсов; при переходе машины в режим двигателя одновременно изменяется направление токаи поля якоря и направление тока и поля дополнительных полюсов.
Для выравнивания индукции под полюсами в быстроходных машинах большой мощности (свыше 80 кВт на один полюс) применяют компенсационную обмотку, которую закладывают в специальные пазы в полюсных наконечниках (рис. 1.12).
Компенсационная обмотка включается последовательно с обмоткой якоря и обмоткой дополнительных полюсов. Магнитное поле компенсационной обмотки всегда направлено навстречу магнитному полю якоря и таким образом оно компенсирует поле якоря в зоне главных полюсов.
В машинах малой мощности (до нескольких сотен ватт) вместо дополнительных полюсов применяют сдвиг щеток с геометрической нейтральной линии. При этом, как будет показано в § 1.7, создаются условия, уменьшающие искрение щеток из-за влияния реакции якоря.
РАСЧЕТ ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА ПОД ГЛАВНЫМИ ПОЛЮСАМИ. КОМПЕНСАЦИОННАЯ ОБМОТКА
Воздушный зазор под главными полюсами является одним из главных размеров машины, хотя выбирают его часто, исходя из технологических и конструктивных соображений. От размера этого зазора зависят основные характеристики машины, а также потенциальные условия коммутации на коллекторе, допустимый диапазон регулирования частоты вращения и т. д.
Поскольку в машинах постоянного тока, за редким исключением, щетки устанавливаются строго по линии геометрической нейтрали, а магнитная цепь насыщена, то при расчете магнитной цепи машины рассматривают только поперечную составляющую реакции якоря и влияние ее на магнитное поле в воздушном зазоре.
Расчет размагничивающего действия поперечной реакции якоря производят по переходной характеристике 
(рис. 11.16), построенной по результатам расчета магнитной цепи (см. табл. 11.19). При нагрузке под действием поперечной реакции якоря магнитное поле в воздушном зазоре искажается: под одним краем полюса индукция уменьшается, под другим возрастает. Точки 
и 
, отстоящие от ординаты 
на расстоянии 0,5 
(где 
— ширина полюсной дуги), определяют значения 
и 
под краями полюсов, а кривая daf— распределение индукции в воздушном зазоре на протяжении полюсной дуги.
Среднее значение индукции в воздушном зазоре в этом случае можно определить по формуле, известной из общего курса теории электрических машин [6]:
, (11.35)
где 
— индукция в воздушном зазоре в режиме холостого хода.
Для определения МДС размагничивания поперечной реакции якоря 
необходимо ось криволинейного четырехугольника 
сместить по оси 
на отрезок 
. В масштабе МДС этот отрезок определяет размагничивающее действие реакции якоря.
Как видно из рис. 11.16, поперечная реакция якоря нарастает от середины полюсной дуги к его краям. При значительной поперечной реакции якоря может произойти опрокидывание поля под одним краем полюса: точка d сместится по кривой индукции (рис. 11.16) в область отрицательных значений .
Так как поле реакции якоря замыкается по контуру — зубцы якоря, спинка якоря, воздушный зазор, полюсный наконечник, то воздушный зазор выбирают таким, чтобы индукция на протяжении всей полюсной дуги не изменяла своего направления. Обычно это условие выполняется на всех рабочих диапазонах изменения тока якоря и индукции в воздушном зазоре, если воздушный зазор 
находится в пределах, указанных на рис. 11.17.
Рис. 11.16. Переходная характеристика машины постоянного тока
Рис. 11.17. Зависимостьдлины воздушного зазора от диаметра якоря
Рис. 11.18. Полюсный наконечник главного полюса
Рис. 11.19. Пазы компенсационной обмотки
В целях снижения реакции якоря под краями полюсов воздушный зазор может выполняться эксцентричным или с приподнятыми краями полюсов (рис. 11.18). В этом случае воздушный зазор может быть рассчитан по формуле
, (11.36)
где 
— коэффициент приведения неравномерного воздушного зазора, имеющего размер 
под серединой полюса и 
под краем полюсного наконечника. Обычно 
.
В машинах серии 4П и в машинах других серий при диаметрах якоря свыше 300 мм, а также в машинах с широким диапазоном регулирования частоты вращения и большой кратностью перегрузок для компенсации поперечной реакции якоря в зоне полюсной дуги применяют компенсационную обмотку.
Конструктивно компенсационную обмотку выполняют в виде однослойной катушечной, а в крупных машинах — в виде стержневой обмотки и укладывают в пазы наконечников главных полюсов (рис. 11.19) или в пазы статора в машинах серии 4П.
Схема выполнения компенсационной обмотки приведена на рис. 11.20, где буквами N и S обозначена полярность добавочных полюсов.
Рис. 11.20. Схема выполнения компенсационной обмотки
При расчете компенсационной обмотки обычно принимают ее МДС в зоне полюсной дуги в пределах
. (11.37)
Компенсационную обмотку соединяют последовательно с обмоткой якоря, что создает автоматическую компенсацию реакции якоря при любом токе нагрузки.
Во избежание вибраций магнитного происхождения зубцовый шаг по полюсному наконечнику 
(см. рис. 11.19) должен отличаться от зубцового шага 
по якорю. Это условие обычно выполняется, если число пазов компенсационной обмотки находится в пределах
. (11.38)
Число зубцов 
должно быть четным. Выбор числа зубцов и расчет зубцовой зоны компенсационной обмотки производят в следующем порядке.
Определяют число проводников компенсационной обмотки на один полюс:
, (11.39)
где 
— число параллельных ветвей компенсационной обмотки; / — ток якоря, А.
Число параллельных ветвей принимают равным единице при токе якоря до 2000 А. Если ток в пазу компенсационной обмотки превышает 2000 А, то ее выполняют в две параллельные ветви: = 2.
Выбирая ZK в диапазоне от 6 до 12, определяют шаг , ширину зубца 
где 
— коэффициент рассеяния главного полюса; 
Тл — индукция в минимальном сечении зубца компенсационной обмотки.
Ширина паза в свету равна:
. (11.40)
При выбранном числе пазов определяют число проводников обмотки в одном пазу:
. (11.41)
Число 
округляют до ближайшего целого числа.
Площадь поперечного сечения проводника компенсационной обмотки
, (11.42)
где 
— плотность тока в компенсационной обмотке.
В зависимости от класса нагревостойкости изоляции плотность тока принимают равной (4,7…5,2)·106 А/м2 для класса В, (5,3…5,8)·106 А/м2 для класса F и (6,0…6,6)·106 А/м2 для класса Н. Плотность тока в компенсационных обмотках машин серии 4П принимают в соответствии с рекомендациями по выбору плотности тока в статорных обмотках асинхронных машин серии 4А.
При числе проводников в пазу более двух компенсационную обмотку выполняют катушечной с укладкой в открытые пазы. В этом случае проводники размещают в зависимости от выбранных размеров элементарного проводника либо меньшей, либо большей стороной по ширине паза. Стороны катушечных групп могут укладываться как в один, так и в два ряда по ширине паза (рис. 11.21, а—в). При числе проводников в пазу = 1 или 2 (рис. 11.21, г, д)обмотку выполняют стержневой. Стержневые обмотки из неизолированной шинной меди изолируют и вставляют с торца в полузакрытые пазы, ширину шлица паза принимают равной 2—3 мм. В лобовых частях стержни соединяют дугами из неизолированной шинной меди.
Конструкция изоляции компенсационных обмоток в пазу и лобовых частях приведена в табл. 11.13—11.15.
После выбора стандартных размеров проводника, схемы размещения проводников в пазу и класса нагревостойкости изоляции обмотки окончательно рассчитывают размеры пазов, уточняют степень компенсации:
. (11.43)
Коэффициент 
, должен находиться в пределах 0,85 — 1,15.
Высота клина принимается равной 
= 2,5 мм, высота шлица 
= 1,0 мм.
Средняя ширина катушки компенсационной обмотки, м,
, (11.44)
Рис. 11.21. Укладка проводников в пазы компенсационной обмотки
Таблица 11.13.Изоляция компенсационной обмотки машин постоянного тока
(пазы прямоугольные полузакрытые, обмотка однослойная стержневая, h = 355…500 мм, напряжение до 1000 В)
| Позиция | Материал | Число слоев | Двусторонняя толщина изоляции | ||||||||||
| Наименование, марка | Толщина, мм | Рисунок а | Рисунок б | ||||||||||
| Класс нагревостойкости | Класс нагревостойкости | Класс нагревостойкости | по ширине | по высоте | по ширине | по высоте | |||||||
| B | F | H | B | F | H | B | F | H | |||||
| 1 | Стеклослюдинитовая лента ЛС-ПЭ-994-ТП | Полиимидная пленка ПМ | 0,1 | 0,1 | 0,05 | 1 вполнахлеста | 2 вполнахлеста | — | — | 0,8 | 0,8 | ||
| 2 | Слюдопластофолий ИФГ-Б | Синтофолий F | Синтофолий H | 0,15 | 0,16 | 0,16 | 4,5 оборота | 3,5 оборота | 3,5 оборота | 1,1 | 1,1 | 1,1 | 1,1 |
| 3 | Лакотканеслюдопласт ГИТ-ЛСБ-ЛСЛ | Фенилоновая бумага | 0,15 | 0,15 | 0,15 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | ||||
| — | Допуск на укладку обмотки | 0,2 | 0,4 | 0,3 | 0,4 | ||||||||
| — | Общая толщина изоляции в пазу | 1,6 | 1,8 | 2,5 | 2,6 |
Таблица 11.14.Изоляция компенсационной обмотки двигателей постоянного тока
(пазы прямоугольные открытые, обмотка однослойная секционная из неизолированных проводов, 
=355…500 мм, напряжение до 1000 В, изоляция класса нагревостойкости В)
| Часть обмотки | Позиция на рис. | Материал | Число слоев | Двусторонняя толщина изоляции, мм | |||||
| Наименование, марка | Толщина, мм | по ширине при 
| по высоте 
| ||||||
Пазовая
| 1 | Стеклослюдопластовая лента ЛИ-СК-ТТ | 0,14 | 1 впол-нахлеста | 0,56 | 1,12 | 1,12 | 1,68 | 2,24 |
| 2 | Тоже | 0,14 | То же | 0,56 | 0,56 | 0,56 | 0,56 | 0,56 | |
| 3 | Стеклянная лента ЛЭС | 0,1 | 1 впритык | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | |
| 4 | Стеклолакоткань | 0,15 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 , | ||
| 5 | Стеклотекстолит | 0,5 | — | — | 0,5 | 0,5 | 0,5 | ||
| — | |||||||||
| Разбухание от пропитки | — | — | 0,3 | 0,3 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | ||
| — | Допуск на укладку обмотки | — | — | 0,3 | 0,3 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | |
| — | |||||||||
| Общая толщина изоляции в пазу (без высоты клина) | 2,22 | 2,78 | 3,68 | 4,24 | 4,8 | ||||
Лобовая
| б | Стеклослюдопластовая лента ЛИ-СК-ТТ | 0,14 | 1 впол-нахлеста | 0,56 | 1,12 | 1,12 | 1,68 | 2,24 |
| 7 | Тоже | 0,14 | Тоже | 0,56 | 0,56 | 0,56 | 0,56 | 0,56 | |
| 8 | Стеклянная лента ЛЭС | 0,1 | 1 впритык | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | |
| Общая толщина изоляции секции в лобовой части | 1,32 | 1,88 | 1,88 | 2,44 |
Таблица 11.15.Изоляция компенсационной обмотка машин постоянного тока (пазы прямоугольные открытые, обмотка однослойная секционная из неизолированных проводов, А = 355…500 мм, напряжение до 1000 В)
| Часть обмотки | Позиция на рис. | Материал | Число слоев | Двусторонняя толщина изоляции, мм | |||||||
| Наименование, марка | Толщина, мм | по ширине при
| по высоте при
| ||||||||
| Класс нагревостойкости | |||||||||||
| F | Н | ||||||||||
Пазовая
| 1 | Фенилоновая бумага | 0,05 | 2 вполнахлеста | 0,4 | 0,8 | 0,8 | 1,2 | 1,6 | ||
| 2 | Полиимидная пленка ПМ | 0,05 | 3 вполнахлеста | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | |||
| 3 | Фенилоновая бумага | 0,05 | 2 вполнахлеста | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | |||
| 4 | Стеклянная лента ЛЭС | 0,1 | 1 вполнахлеста | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | |||
| 0,4 | |||||||||||
| 5 | Фенилоновая бумага | 0,2 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | |||||
| 6 | Стеклотекстолит | 0,5 | 0,3 | 0,3 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | ||||
| СТЭФ | СТК | — | — | 0,5 | 0,5 | 0,5 | |||||
| — | Допуск на укладку обмотки | — | — | 0,3 | 0,3 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | |||
| — | Общая изоляция в пазу (без высоты клина) | — | — | 2,5 | 2,9 | 3,6 | 4,0 | 4,4 | |||
Лобовая
| 7 | Фенилоновая бумага | 0,05 | 2 вполнахлеста | 0,4 | 0,8 | 0,8 | 1,2 | 1,6 | ||
| 8 | Полиимидная пленка ПМ | 0,05 | 3 вполнахлеста | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | |||
| 9 | Фенилоновая бумага | 0,05 | вполнахлеста | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | |||
| 10 | Стеклянная лента ЛЭС | 0,1 | Тоже | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | |||
| Общая толщина изоляции секции в лобовой части | — | — | 1,8 | 2,2 | 2,2 | 2,6 | |||||
где 
— диаметр внутренней поверхности главного полюса; — высота паза компенсационной обмотки; — ширина полюсного наконечника.
Средняя длина лобовой части компенсационной обмотки, м,
. (11.45)
Средняя длина прямолинейной части катушки компенсационной обмотки, м,
, (11.46)
где 
— средняя длина прямолинейного участка компенсационной обмотки от торца полюсного наконечника до радиуса закругления: = 0,05 м при стержневой обмотке и = 0,03 м при катушечной обмотке.
Средняя длина полувитка обмотки, м,
. (11.47)
Сопротивление компенсационной обмотки, Ом,
. (11.48)
Масса меди компенсационной обмотки, кг,
. (11.49)
Билет 2
1.Внешние характеристики генераторов постоянного тока.
Это зависимость напряжение на выходе генератора от тока нагрузки. U = f(I) при Iв = const и n = const
Внешние характеристики генераторов: 1 – с независимым возбуждением; 2 – с параллельным; 3 – с последовательным; 4 – со смешанным включением при согласном включении обмоток; 5 – то же при встречном включении обмоток.
2.Условия включения трансформаторов на параллельную работу.
Параллельная работа подразумевает обязательные и, несомненно, важные условия параллельной работы трансформаторов, всего существует 5 условий.
Самое важное условие параллельной работы – сфазированность трансформаторов, в противном случае произойдет короткое замыкание. Фазировка выполняется при помощи цепей вторичного напряжения. Фазировка трансформатора обуславливает согласование фаз всех рабочих элементов электрической цепи со стороны высокого и низкого напряжения.
Напряжения на первичных и вторичных обмотках обоих трансформаторов должны иметь равное значение. Напряжение трансформаторов должно соответствовать классу изоляции. Из этого следует, что коэффициенты трансформации (Ктр) также должны быть равными, их различие не должно быть выше +-0.5%.. разница Ктр или даже несовпадение состояния РПН или ПБВ соответствующего положения отпаек, способствует возникновению результирующего напряжения, которое появляется во вторичной обмотке.
Напряжения короткого замыкания обоих трансформаторов должны быть также равны, это требование вытекает из того, что чем выше напряжение к.з. тем выше значение сопротивления обмотки, а значит, трансформатор с малым значением напряжения (Uк.з.) будет работать с постоянным перегрузом из-за потребления высокой нагрузки, максимальная разница в отношении Uк.з не должна превышать 10%.
Группы соединений обмоток должны соответствовать друг другу и быть одинаковыми. Разные группы соединений влекут сдвиг фазы, что способствует возникновению уравнительных токов.
Мощность обоих трансформаторов не должна быть различной более чем в 3 раза, если это условие не выдержано трансформатор с меньшей мощностью будет перегружен.
Соблюдая условия включения трансформаторов на параллельную работу, достигается надежность и безопасность работы электроустановки.
3. Угловые характеристики синхронных машин.
Угловой характеристикой синхронной машины называют зависимость Р1 = f(Θ) при постоянных токе возбуждения, напряжении и частоте сети (If = const, Uc = const, fc = const).
1 – Основная составляющая эл.маг момента
2 – Реактивная составляющая момента
3 – Результирующий момент
Билет 3
1.Объяснить назначение дополнительных полюсов и компенсационной обмотки в машинах постоянного тока.(???)
В результате взаимодействия двух полей магнитное поле главных полюсов искажается, т.е., физическая нейтраль двигателя немного наклоняется против направления вращения якоря. Таким образом, магнитное поле со стороны набегающего края полюса (в моторном режиме) становится более насыщенным. Это значит, что и противо-ЭДС, наведённая в соответствующей секции якоря будет больше, чем в секции над сбегающим краем. Образовавшаяся разность потенциалов между ламелями (коллекторными пластинами) приведёт к повышенному искрению на коллекторе, что может привести к образованию кругового огня, однако, дополнительные полюса «выравнивают» искривлённый магнитный поток, предотвращая это явление. Дополнительные полюса предназначены для компенсации реакции якоря, путём выравнивания манитного потока главных полюсов.
Компенсационные обмотки применяют для компенсации действия реакции якоря в машинах большой мощности. Обмотка выполняется из прямоугольного провода. Катушки укладываются в пазы, выштампованные в полюсных наконечниках, так, что одна сторона катушки располагается в пазах наконечника одного полюса, другая — в пазах наконечника другого. Компенсационная обмотка в большинстве машин однослойная, выполненная концентрическими катушками, соединенными последовательно с обмоткой дополнительных полюсов.
Типы двигателей постоянного тока — шунтирующие, серийные и комбинированные двигатели
A Direct Current Moto r, DC назван в соответствии с соединением обмотки возбуждения с якорем. В основном есть два типа двигателей постоянного тока. Один — это двигатель постоянного тока с отдельным возбуждением, а другой — двигатель постоянного тока с самовозбуждением.
Самовозбуждающиеся двигатели далее классифицируются как Шунтирующие двигатели или шунтирующие двигатели, серии или серийные двигатели и Составные двигатели или составные двигатели.
Двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию в механическую. Конструкция двигателя постоянного тока и генератора одинакова. Но двигатель постоянного тока имеет широкий диапазон скоростей и хорошее регулирование скорости в электротяге.
Принцип работы двигателя постоянного тока основан на принципе, согласно которому проводник с током помещается в магнитное поле и на него действует механическая сила.
Двигатель постоянного тока обычно используется там, где требуется защитный кожух, например, каплезащищенный, огнестойкий и т. Д.согласно требованиям. Подробное описание различных типов двигателей приведено ниже.
В комплекте:
Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением
Как следует из названия, катушки возбуждения или обмотки возбуждения получают питание от отдельного источника постоянного тока, как показано на принципиальной схеме, показанной ниже:
Двигатель постоянного тока с автономным возбуждением
Двигатель постоянного тока с самовозбуждением
Как следует из названия, самовозбуждающийся, следовательно, в этом типе двигателя ток в обмотках подается самой машиной или двигателем.Самовозбуждающийся двигатель постоянного тока подразделяется на двигатель с параллельной обмоткой и двигатель с последовательной обмоткой. Они подробно описаны ниже.
Двигатель с параллельной обмоткой
Это наиболее распространенные типы двигателей постоянного тока. Здесь обмотка возбуждения подключена параллельно якорю, как показано на рисунке ниже:
Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой
Уравнения тока, напряжения и мощности для параллельного двигателя записываются следующим образом.
Применяя KCL на разветвлении A на рисунке выше.
Сумма входящих токов при A = Сумма исходящих токов при A.
Где,
I — ток входной линии
Ia — ток якоря
Ish — ток возбуждения шунта
Уравнение (1) является текущим уравнением.
Уравнения напряжения записываются с использованием закона напряжения Кирхгофа (KVL) для цепи обмотки возбуждения.
Для цепи обмотки якоря уравнение будет иметь вид:
Уравнение мощности имеет вид:
Потребляемая мощность = развиваемая механическая мощность + потери в якоре + потери в поле.
Умножая уравнение (3) на Ia, получаем следующие уравнения.
Где,
VI a — электрическая мощность, подаваемая на якорь двигателя.
В последовательном двигателе обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря. Схема подключения представлена ниже:
Двигатель с обмоткой серииПрименяя KCL на рисунке выше:
Где,
I se — последовательный ток возбуждения
Уравнение напряжения можно получить, применив KVL на рисунке выше.
Уравнение мощности получается умножением уравнения (8) на I, получаем
Потребляемая мощность = развиваемая механическая мощность + потери в якоре + потери в поле
Сравнивая уравнение (9) и (10), мы получим уравнение, показанное ниже:
Мотор с комбинированной обмоткой
Двигатель постоянного тока, имеющий как шунтирующие, так и последовательные обмотки возбуждения, называется составным двигателем .Схема подключения составного двигателя показана ниже:
Комбинированный двигатель
Составной двигатель далее подразделяется на Накопительный составной двигатель и Дифференциальный составной двигатель . В кумулятивном составном двигателе магнитный поток, создаваемый обеими обмотками, имеет одинаковое направление, т.е.
В дифференциальном составном двигателе поток, создаваемый последовательными обмотками возбуждения, противоположен потоку, создаваемому шунтирующей обмоткой возбуждения, т.е.е.
Знак «плюс» и «минус» указывает направление потока, создаваемого в обмотках возбуждения.
.Матовый двигатель постоянного тока
Дмитрий Левкин
Щеточный электродвигатель постоянного тока — это вращающаяся электрическая машина постоянного тока, которая преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию, в которой по крайней мере одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, подключена к коммутатору.Рисунок 1 — Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами в секции
Ротор — вращающаяся часть электрической машины.
Статор — неподвижная часть двигателя.
Индуктор (система возбуждения) является частью коммутатора постоянного тока или синхронной машины, создающей магнитный поток для образования крутящего момента. Индуктор включает в себя постоянных магнитов или обмотку возбуждения . Индуктор может быть частью как ротора, так и статора. В двигателе, показанном на рис. 1, система возбуждения состоит из двух постоянных магнитов и является частью статора.
Якорь — это часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, в которой индуцируется электродвижущая сила и протекает ток нагрузки [2]. В качестве якоря может выступать как ротор, так и статор. В двигателе, показанном на рис. 1 ротор представляет собой якорь.
Щетки — это часть электрической цепи, по которой электрический ток передается от источника питания к якорю. Кисти изготавливаются из графита или других материалов. Двигатель постоянного тока содержит одну пару щеток или более.Одна из двух щеток подключена к положительной, а другая — к отрицательной клемме источника питания.
Коммутатор — это часть двигателя, контактирующая со щетками. С помощью щеток и коммутатора электрический ток распределяется по катушкам обмотки якоря [1].
В зависимости от конструкции статора щеточный двигатель может быть с постоянными магнитами и с намотанным статором.
Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом
Схема двигателя постоянного тока с постоянным магнитом
Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами (двигатель с постоянным магнитом) является наиболее распространенным среди щеточных двигателей постоянного тока.Индуктор этого двигателя включает в себя постоянные магниты, которые создают магнитное поле статора. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами обычно используются в задачах, не требующих высокой мощности. Двигатели с постоянным постоянным током дешевле в производстве, чем двигатели постоянного тока с возбуждением от возбуждения. При этом крутящий момент двигателя PMDC ограничен полем постоянных магнитов статора. Двигатель PMDC очень быстро реагирует на изменения напряжения. Благодаря постоянному полю статора легко контролировать скорость двигателя.Недостатком двигателя постоянного тока с постоянными магнитами является то, что со временем магниты теряют свои магнитные свойства, в результате чего поле статора уменьшается, а характеристики двигателя ухудшаются.
- Преимущество:
- лучшее соотношение цена / качество
- высокий крутящий момент на низкой скорости
- быстрый отклик напряжения
- Недостаток:
- Постоянные магниты со временем, а также под воздействием высоких температур теряют свои магнитные свойства
Электродвигатель постоянного тока с возбуждением от возбуждения
Схема электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением
Схема электродвигателя постоянного тока с параллельной обмоткой
Схема электродвигателя постоянного тока серииСхема электродвигателя постоянного тока с комбинированной обмоткой
Двигатели с независимым возбуждением и с параллельной обмоткой
В электродвигателях с независимым возбуждением обмотка возбуждения электрически не связана с обмоткой якоря (рисунок выше).Обычно напряжение возбуждения U FW отличается от напряжения в цепи якоря U. Если напряжения равны, то обмотка возбуждения включена параллельно обмотке якоря. Использование в электроприводе электродвигателя с независимым возбуждением или с параллельной обмоткой определяется схемой электропривода. Свойства (характеристики) этих двигателей одинаковы [3].
В электродвигателях постоянного тока с шунтирующей обмоткой и щетками токи обмотки возбуждения (индуктора) и якоря не зависят друг от друга, а общий ток двигателя равен сумме тока обмотки возбуждения и тока якоря.Во время нормальной работы увеличение напряжения питания увеличивает общий ток двигателя, что приводит к увеличению полей статора и ротора. С увеличением общего тока двигателя скорость также увеличивается, а крутящий момент уменьшается. Когда нагрузка двигателя увеличилась до , ток якоря увеличивается, в результате чего увеличивается поле якоря. По мере увеличения тока якоря ток индуктора (обмотки возбуждения) уменьшается, что приводит к уменьшению поля индуктора, что приводит к снижению скорости двигателя и увеличению крутящего момента.
- Преимущество:
- практически постоянный крутящий момент на малых оборотах
- хорошие установочные свойства
- без потери магнетизма со временем (поскольку нет постоянных магнитов)
- Недостаток:
- дороже, чем двигатель PMDC
- двигатель выходит из-под контроля при падении тока индуктора до нуля
Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой имеет характеристику крутящий момент / скорость с уменьшающимся крутящим моментом на высоких скоростях и высоким, но более постоянным крутящим моментом на низких скоростях.Ток в обмотке индуктора и якоре не зависит друг от друга, таким образом, полный ток электродвигателя равен сумме токов индуктора и якоря. В результате этот тип двигателя имеет отличные характеристики регулирования скорости. Щеточный электродвигатель постоянного тока с шунтирующей обмоткой обычно используется в приложениях, требующих мощности более 3 кВт, в частности, в автомобильной промышленности и промышленности. По сравнению с двигателем с постоянным постоянным током, двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой не теряет со временем своих магнитных свойств и является более надежным.Недостатками электродвигателя постоянного тока с шунтирующей обмоткой и щеткой являются более высокая стоимость и возможность разгона электродвигателя при уменьшении тока индуктора до нуля, что, в свою очередь, может привести к отказу электродвигателя [5].
Двигатель постоянного тока серииВ щеточных двигателях постоянного тока с последовательной обмоткой обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря, а ток возбуждения равен току якоря (I e = I a ), что придает двигателям особые свойства. При малых нагрузках, когда ток якоря меньше номинального (I a & lt I rat ), а магнитная система двигателя не насыщена (Ф ~ I а ), электромагнитный момент пропорционален площадь тока в обмотке якоря:
,
- где M — крутящий момент двигателя, Н ∙ м,
- с М — постоянный коэффициент, определяемый проектными параметрами двигателя ,,
- Ф — основной магнитный поток, Вт,
- I a — ток якоря, А.
При увеличении нагрузки магнитная система двигателя насыщается, и пропорциональность между током I a и магнитным потоком Ф нарушается. При значительном насыщении магнитный поток Ф с увеличением I а практически не увеличивается. График зависимости M = f (I a ) на начальном участке (когда магнитная система не насыщена) имеет форму параболы, затем при насыщении отклоняется от параболы и в области больших нагрузок превращается в прямую [3].
Рабочие характеристики двигателя постоянного тока с последовательной обмоткой
Электромеханическая характеристика электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением
Важно: Недопустимо включение щеточного электродвигателя постоянного тока с последовательной обмоткой в сеть на холостом ходу (без нагрузки на вал) или с нагрузкой менее 25% от номинальной, так как при малых нагрузках скорость якоря увеличивается. резко, достижение значений, при которых возможно механическое повреждение двигателя, поэтому в приводах с последовательно заведенными двигателями постоянного тока недопустимо использование ременной передачи, при ее обрыве двигатель переходит в режим холостого хода.Исключение составляют двигатели постоянного тока с последовательной обмоткой мощностью до 100–200 Вт, которые могут работать в режиме холостого хода, поскольку их механические и магнитные потери на высоких скоростях соизмеримы с номинальной мощностью двигателя.
Способность двигателей постоянного тока с последовательной обмоткой развивать большой электромагнитный крутящий момент обеспечивает им хорошие пусковые свойства.
- Преимущество:
- высокий крутящий момент на низкой скорости
- без потери магнетизма со временем
- Недостаток:
- низкий крутящий момент на высокой скорости
- дороже, чем двигатель PMDC
- Плохая регулировка частоты вращения из-за последовательного соединения обмоток якоря и индуктора
- двигатель выходит из-под контроля при падении тока индуктора до нуля
обладают высоким крутящим моментом при низкой скорости и развивают высокую скорость без нагрузки.Этот электродвигатель идеально подходит для устройств, которым необходимо развивать высокий крутящий момент (краны и лебедки), так как ток статора и ротора увеличивается под нагрузкой. В отличие от двигателей с постоянным постоянным током и электродвигателей постоянного тока с шунтирующей обмоткой, двигатели постоянного тока с последовательной обмоткой не обладают точными характеристиками регулирования скорости, и в случае короткого замыкания обмотки возбуждения они могут стать неуправляемыми.
Электродвигатель постоянного тока с комбинированной обмоткой
Электродвигатель постоянного тока с комбинированной обмоткой и щеткой имеет две обмотки возбуждения, одна из которых включена параллельно обмотке якоря, а вторая — последовательно.Соотношение между намагничивающими силами обмоток может быть различным, но обычно одна из обмоток создает большую намагничивающую силу и эта обмотка называется основной, вторая обмотка — вспомогательной. Если обмотки соединены так, что последовательное поле способствует шунтирующему полю, то двигатель называется Кумулятивный составной щеточный двигатель постоянного тока . С другой стороны, если обмотки соединены таким образом, что два поля противостоят друг другу, то двигатель называется «Дифференциальный комбинированный щеточный двигатель постоянного тока».Скоростные характеристики электродвигателя постоянного тока с кумулятивной составной щеткой находятся между характеристиками скорости электродвигателя постоянного тока с параллельной обмоткой и электродвигателя постоянного тока с последовательной обмоткой. Противоположное соединение обмоток (дифференциальное компаундирование) используется, когда необходимо получить постоянную частоту вращения или увеличение частоты вращения с увеличением нагрузки. Таким образом, характеристики электродвигателя постоянного тока с составной обмоткой близки к характеристикам электродвигателя постоянного тока с шунтирующей или последовательной обмоткой, в зависимости от того, какая обмотка возбуждения играет основную роль [4].
- Преимущество:
- хороший контроль скорости
- высокий крутящий момент на низкой скорости
- Разгон двигателя менее вероятен
- без потери магнетизма со временем
- Недостаток:
- дороже, чем другие щеточные двигатели постоянного тока
Электродвигатели постоянного тока с комбинированной обмоткой имеют рабочие характеристики электродвигателей постоянного тока с шунтовой и последовательной обмоткой.Он имеет высокий крутящий момент на низкой скорости, а также электродвигатель постоянного тока с последовательной обмоткой и щеточный электродвигатель постоянного тока, а также хорошее регулирование скорости, как и электродвигатель постоянного тока с шунтовой обмоткой и щеткой. Разгон электродвигателя постоянного тока с комбинированной обмоткой и щеточным электродом менее вероятен, поскольку шунтирующий ток должен упасть до нуля, а последовательная обмотка возбуждения должна быть замкнута накоротко.
Рабочие характеристики щеточных двигателей постоянного тока определяются их рабочими, электромеханическими и механическими характеристиками, а также их регулирующими свойствами.
Кривые крутящий момент-скорость щеточных электродвигателей постоянного тока
Постоянная крутящего момента
Для щеточного двигателя постоянного тока постоянная крутящего момента определяется по формуле:
,
- где Z — общее количество жил,
- Ф — магнитный поток, Вт [1]
Также читайте
.Компенсационная обмоткаWikipedia
Компенсационная обмотка в шунтирующем двигателе постоянного тока — это обмотка на лицевой пластине полюса возбуждения, которая проводит ток якоря для уменьшения искажений поля статора. Его цель — уменьшить искрение щеток и эрозию в двигателях постоянного тока, которые работают со слабыми полями, переменными большими нагрузками или реверсивным режимом, например, в двигателях сталелитейных заводов. Когда поток от тока якоря примерно равен потоку от тока возбуждения, поток на пластине полюса возбуждения смещается.При фиксированной нагрузке существует оптимальная точка коммутации щеток, которая сводит к минимуму искрение и эрозию щеток. Когда отношение потока якоря к потоку поля сильно меняется или меняется на противоположное, оптимальная точка коммутации смещается в результате изменения потока на лицевой пластине полюса. Результат — искрение щеток. Путем добавления компенсирующей обмотки в лицевую пластину полюса, которая переносит ток якоря в направлении, противоположном току в соседних обмотках якоря, положение магнитного потока на лицевой пластине полюса может быть восстановлено до положения, которое он имел бы при нулевом токе якоря.Главный недостаток компенсационной обмотки — дороговизна. [1] : 393 [2] : 65–66
| A. Поперечное сечение двигателя постоянного тока с компенсационными обмотками. A = обмотки якоря, C = компенсационные обмотки, F = обмотки возбуждения, R = ротор (якорь), S = статор (возбуждение). | B. Поперечное сечение двигателя постоянного тока с компенсационными обмотками, показывающее магнитный поток, создаваемый обмотками возбуждения. | С.Поперечное сечение двигателя постоянного тока с компенсационными обмотками, показывающее магнитный поток, создаваемый обмотками якоря. |
На рисунке A. показано поперечное сечение двухполюсного шунтирующего двигателя постоянного тока. Обмотки якоря (A), обмотки возбуждения (F) и компенсационные обмотки (C) используют условные обозначения точки и креста, где круг с точкой представляет собой провод, проводящий ток из фигуры, а круг с крестом — провод, пропускающий ток в страница. Для каждого провода якоря, который находится рядом с лицевой пластиной полюса возбуждения, есть провод в лицевой пластине, по которому течет ток в противоположном направлении.
На рисунке B. показан поток, создаваемый только обмоткой возбуждения.
На рисунке С. показан поток, создаваемый только обмоткой якоря.
| D. Поперечное сечение двигателя постоянного тока с компенсационными обмотками, показывающее магнитный поток из-за поля и якоря при большой нагрузке. Поток в зазоре сместился. | E. Поперечное сечение двигателя постоянного тока с компенсационными обмотками, показывающее магнитный поток из-за поля и якоря при большой нагрузке с компенсационными обмотками.Восстановлен поток в зазоре. |
На рисунке D. показано, что поток поля и поток якоря примерно равны. В результате центр магнитного потока в зазоре между лицевой пластиной полюса и якорем сместился. Более подробный рисунок см. У Ричардсона. [3] : 66
На рисунке E. показаны компенсационные провода на лицевой пластине полюса возбуждения, по которым протекает ток, противоположный току в проводе якоря, примыкающем к зазору. Поток в зазоре восстановлен до того же состояния, что и в случае отсутствия потока якоря. Ричардсон, Дональд В. (1978), Rotating Electric Machinery and Transformer Technolog , Reston Publishing, ISBN 0-87909-732-9 .Шунтирующие двигатели постоянного тока
: где они используются?
Конструкция двигателя постоянного тока
Изображение предоставлено: electric4u.com
В электрической терминологии параллельная цепь часто называется шунтом. Следовательно, двигатели постоянного тока, в которых якорь и обмотки возбуждения соединены параллельно, называются параллельными двигателями постоянного тока. Различия в конструкции между двигателями постоянного тока с последовательной обмоткой и параллельными двигателями постоянного тока приводят к некоторым различиям в работе между этими двумя типами, но наиболее существенное различие заключается в их скоростных характеристиках.Если двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой демонстрирует прямую обратную зависимость между нагрузкой и скоростью, параллельный двигатель постоянного тока может поддерживать постоянную скорость независимо от нагрузки на двигатель.
Параллельная и последовательная обмотки
В двигателе постоянного тока с последовательной обмоткой обмотки якоря и обмотки возбуждения соединены последовательно, и ток через них равен (I итого = I a = I f ). Поскольку обмотки якоря и обмотки возбуждения шунтирующего двигателя постоянного тока соединены параллельно, ток в параллельном двигателе делится на две части: ток через якорь и ток через обмотки возбуждения, а общий ток является суммой двух частей. .
В шунтирующем двигателе постоянного тока обмотки якоря и возбуждения (шунтирующие) соединены параллельно. Параллельная цепь также известна как шунтирующая цепь; таким образом, используется термин «шунтирующий двигатель».
Изображение предоставлено: National Instruments Corporation
Где:
I итого = ток питания
I a = ток через обмотки якоря
I sh = ток через шунтирующие (полевые) обмотки
Шунтирующие (полевые) обмотки шунтирующего двигателя постоянного тока сделаны из провода меньшего сечения, но у них намного больше витков, чем у двигателя постоянного тока с последовательной обмоткой.Большое количество витков позволяет создавать сильное магнитное поле, но провода меньшего сечения обеспечивают высокое сопротивление и ограничивают ток, протекающий через шунтирующую катушку. Следовательно, пусковой момент параллельного двигателя постоянного тока низкий, а это означает, что нагрузка на вал при запуске должна быть небольшой.
В шунтирующем двигателе постоянного тока крутящий момент пропорционален току якоря (как показано в уравнении крутящего момента ниже). Напротив, для двигателя постоянного тока с последовательной обмоткой крутящий момент увеличивается как квадратов тока якоря.Эта экспоненциальная зависимость крутящего момента от тока позволяет двигателям постоянного тока с последовательной обмоткой обеспечивать высокий пусковой момент и выдерживать высокие пусковые нагрузки.
Как параллельные двигатели постоянного тока достигают регулирования скорости
Когда напряжение подается на шунтирующий двигатель постоянного тока, якорь потребляет ток, достаточный для создания сильного магнитного поля, которое взаимодействует с магнитным полем, создаваемым шунтирующими обмотками, заставляя якорь вращаться. Вращающийся якорь (он же ротор) производит обратную ЭДС, которая противодействует напряжению якоря и снижает ток якоря.Если нагрузка на двигатель увеличивается, вращение якоря замедляется и уменьшается обратная ЭДС, так как обратная ЭДС пропорциональна скорости.
Где:
E b = задняя ЭДС
Φ = поток
P = количество полюсов
Z = количество витков
N = частота вращения
При меньшем напряжении обратной ЭДС и постоянном напряжении питания (E) напряжение сети увеличивается.
Увеличение сетевого напряжения приводит к увеличению тока якоря.Поскольку крутящий момент пропорционален току якоря, крутящий момент также увеличивается.
Где:
T = крутящий момент
A = площадь
Наконец, этот увеличенный крутящий момент позволяет двигателю увеличивать скорость и компенсировать замедление из-за нагрузки. Следовательно, шунтирующий двигатель постоянного тока может саморегулировать свою скорость и может называться двигателем с постоянной скоростью.
Когда к шунтирующему двигателю постоянного тока прикладывается нагрузка, его скорость уменьшается, но двигатель может саморегулироваться и быстро компенсировать потерю скорости.
Изображение предоставлено: electric4u.com
Применение для параллельных двигателей постоянного тока
Благодаря возможности саморегулирования скорости, параллельные двигатели постоянного тока идеально подходят для приложений, где требуется точное управление скоростью. Однако имейте в виду, что они не могут обеспечить высокий пусковой крутящий момент, поэтому нагрузка при запуске должна быть небольшой. Области применения, которые соответствуют этим критериям и подходят для параллельных двигателей постоянного тока, включают станки, такие как токарные и шлифовальные станки, а также промышленное оборудование, такое как вентиляторы и компрессоры.
.