11. Электрические машины постоянного тока

11.1. Устройство электрической машины постоянного тока    Электрическая  машина  постоянного  тока состоит из двух основных частей: неподвижной части ( индуктора) и вращающейся части ( якоря с барабанной обмоткой).      На рис. 11.1 изображена конструктивная схема машины постоянного тока       Индуктор состоит из станины 1 цилиндрической формы, изготовленной из ферромагнитного материала, и полюсов с обмоткой возбуждения 2, закрепленных на станине. Обмотка возбуждения создает основной магнитный поток.       Магнитный поток может создаваться постоянными магнитами, укрепленными на станине.       Якорь состоит из следующих элементов: сердечника 3, обмотки 4, уложенной в пазы сердечника, коллектора 5.           Рис. 11.1 Сердечник якоря для уменьшения потерь на вихревые точки набирается из изолированных друг от друга листов электротехнической стали. 11.2. Принцип действия машины постоянного тока       Рассмотрим работу машины постоянного тока на модели рис.11.2,      где 1 — полюсы индуктора, 2 — якорь, 3 — проводники, 4 — контактные щетки.      Проводники якорной обмотки расположены на поверхности якоря. Очистим внешние поверхности проводников от изоляции и наложим на проводники неподвижные контактные щетки.      Контактные щетки размещены на линии геометрической нейтрали, проведенной посредине между полюсами.      Приведем якорь машины во вращение в направлении, указанном стрелкой. Рис. 11.2      Определим направление ЭДС, индуктированных в проводниках якорной обмотки по правилу правой руки.      На рис.11.2 крестиком обозначены ЭДС, направленные от нас, точками — ЭДС, направленные к нам. Соединим проводники между собой так, чтобы ЭДС в них складывались. Для этого соединяют последовательно конец проводника, расположенного в зоне одного полюса с концом проводника, расположенного в зоне полюса противоположной полярности (рис. 11.3)      Два проводника, соединенные последовательно, образуют один виток или одну катушку. ЭДС проводников, расположенных в зоне одного полюса, различны по величине. Наибольшая ЭДС индуктируется в проводнике, расположенном под срединой полюса, ЭДС, равная нулю, — в проводнике, расположенном на линии геометрической нейтрали.             Рис. 11.3                 Если соединить все проводники обмотки по определенному правилу последовательно, то результирующая ЭДС якорной обмотки равна нулю, ток в обмотке отсутствует. Контактные щетки делят якорную обмотку на две параллельные ветви.       В верхней параллельной ветви индуктируется ЭДС одного направления, в нижней параллельной ветви — противоположного направления. ЭДС, снимаемая контактными щетками, равна сумме электродвижущих сил проводников, расположенных между щетками.       На рис. 11.4 представлена схема замещения якорной обмотки.      В параллельных ветвях действуют одинаковые ЭДС, направленные встречно друг другу. При подключении к якорной обмотке сопротивления в параллельных ветвях возникают одинаковые токи , через сопротивление R H протекает ток IЯ. Рис. 11.4 ЭДС якорной обмотки пропорциональна частоте вращения якоря n2 и магнитному потоку индуктора Ф                               (11.1)       где Се — константа.       В реальных электрических машинах постоянного тока используется специальное контактное устройство — коллектор. Коллектор устанавливается на одном валу с сердечником якоря и состоит из отдельных изолированных друг от друга и от вала якоря медных пластин. Каждая из пластин соединена с одним или несколькими проводниками якорной обмотки. На коллектор накладываются неподвижные контактные щетки. С помощью контактных щеток вращающаяся якорная обмотка соединяется с сетью постоянного тока или с нагрузкой. 11.3. Работа электрической машины постоянного тока в режиме генератора     Любая электрическая машина обладает свойством обратимости, т. е. может работать в режиме генератора или двигателя. Если к зажимам приведенного во вращение якоря генератора присоединить сопротивление нагрузки, то под действием ЭДС якорной обмотки в цепи возникает ток       где  U — напряжение на зажимах генератора;              Rя — сопротивление обмотки якоря.                                 (11.2)       Уравнение (11.2) называется основным уравнением генератора. С появлением тока в проводниках обмотки возникнут электромагнитные силы.       На рис. 11.5 схематично изображен генератор постоянного тока, показаны направления токов в проводниках якорной обмотки.      Воспользовавшись правилом левой руки, видим, что электромагнитные силы создают электромагнитный момент Мэм, препятствующий вращению якоря генератора.      Чтобы машина работала в качестве генератора, необходимо первичным двигателем вращать ее якорь, преодолевая тормозной электромагнитный момент.                        Рис. 11.5 11.4. Генераторы с независимым возбуждением. Характеристики генераторов       Магнитное поле генератора с независимым возбуждением создается током, подаваемым от постороннего источника энергии в обмотку возбуждения полюсов.       Схема генератора с независимым возбуждением показана на рис. 11.6.       Магнитное поле генераторов с независимым возбуждением может создаваться от постоянных магнитов (рис. 11.7). Рис. 11.6                           Рис. 11.7       Зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения называется характеристикой холостого хода E = Uхх = f (Iв).       Характеристику холостого хода получают при разомкнутой внешней цепи (Iя) и при постоянной частоте вращения (n2 = const)       Характеристика холостого хода генератора показана на рис. 11.8.       Из-за остаточного магнитного потока ЭДС генератора не равна нулю при токе возбуждения, равном нулю.       При увеличении тока возбуждения ЭДС генератора сначала возрастает пропорционально.       Соответствующая часть характеристики холостого хода будет прямолинейна. Но при дальнейшем увеличении тока возбуждения происходит магнитное насыщение машины, отчего кривая будет иметь изгиб. При последующем возрастании тока возбуждения ЭДС генератора почти не меняется. Если уменьшать ток возбуждения, кривая размагничивания не совпадает с кривой намагничивания из-за явления гистерезиса.       Зависимость напряжения на внешних зажимах машины от величины тока нагрузки U = f (I) при токе возбуждения Iв = const называют внешней характеристикой генератора.       Внешняя характеристика генератора изображена на рис. 11.9. Рис. 11.8                                                           Рис. 11.9       С ростом тока нагрузки напряжение на зажимах генератора уменьшается из-за увеличения падения напряжения в якорной обмотке. 11.5. Генераторы с самовозбуждением. Принцип самовозбуждения генератора с параллельным возбуждением     Недостатком генератора с независимым возбуждением является необходимость иметь отдельный источник питания. Но при определенных условиях обмотку возбуждения можно питать током якоря генератора.    Самовозбуждающиеся генераторы имеют одну из трех схем: с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. На рис. 11.10 изображен генератор с параллельным возбуждением.      Обмотка возбуждения подключена параллельно якорной обмотке. В цепь возбуждения включен реостат Rв. Генератор работает в режиме холостого хода.      Чтобы генератор самовозбудился, необходимо выполнение определенных условий.      Первым из этих условий является наличие остаточного магнитного потока между полюсами. При вращении якоря остаточный магнитный поток индуцирует в якорной обмотке небольшую остаточную ЭДС.             Рис. 11.10      Вторым условием является согласное включение обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения и якоря должны быть соединены таким образом, чтобы ЭДС якоря создавала ток, усиливающий остаточный магнитный поток. Усиление магнитного потока приведет к увеличению ЭДС. Машина самовозбуждается и начинает устойчиво работать с каким-то током возбуждения Iв = const и ЭДС Е = const, зависящими от сопротивления Rв в цепи возбуждения.      Третьим условием является то, что сопротивление цепи возбуждения при данной частоте вращения должно быть меньше критического. Изобразим на рис. 11.11 характеристику холостого хода генератора E = f (Iв) (кривая 1) и вольт — амперную характеристику сопротивления цепи возбуждения Uв = Rв·Iв, где Uв — падение напряжения в цепи возбуждения. Эта характеристика представляет собой прямую линию 2, наклоненную к оси абсцисс под углом γ  (tg γ ~ Rв).      Ток обмотки возбуждения увеличивает магнитный поток полюсов при согласном включении обмотки возбуждения. ЭДС, индуцированная в якоре, возрастает, что приводит к дальнейшему увеличению тока обмотки возбуждения, магнитного потока и ЭДС. Рост ЭДС от тока возбуждения замедляется при насыщении магнитной цепи машины.            Рис. 11.11      Падение напряжения в цепи возбуждения пропорционально росту тока. В точке пересечения характеристики холостого хода машины 1 с прямой 2 процесс самовозбуждения заканчивается. Машина работает в устойчивом режиме.      Если увеличим сопротивление цепи обмотки возбуждения, угол наклона прямой 2 к оси тока возрастает. Точка пересечения прямой с характеристикой холостого хода смещается к началу координат. При некотором значении сопротивления цепи возбуждения Rкр, когда γ = γкр, самовозбуждение становится невозможным. При критическом сопротивлении вольт — амперная характеристика цепи возбуждения становится касательной к прямолинейной части характеристики холостого хода, а в якоре появляется небольшая ЭДС. 11.6. Работа электрической машины постоянного тока в режиме двигателя. Основные уравнения       Под действием напряжения, подведенного к якорю двигателя, в обмотке якоря появится ток Iя. При взаимодействии тока с магнитным полем индуктора возникает электромагнитный вращающий момент       где CM — коэффициент, зависящий от конструкции двигателя.       На рис. 11.12 изображен схематично двигатель постоянного тока, выделен проводник якорной обмотки.      Ток в проводнике направлен от нас. Направление электромагнитного вращающего момента определится по правилу левой руки. Якорь вращается против часовой стрелки. В проводниках якорной обмотки индуцируется ЭДС, направление которой определяется правилом правой руки. Эта ЭДС направлена встречно току якоря, ее называют противо-ЭДС.      Рис. 11.12        В установившемся режиме электромагнитный вращающий момент Мэм уравновешивается противодействующим тормозным моментом М2 механизма, приводимого во вращение.      На рис. 11.13 показана схема замещения якорной обмотки двигателя. ЭДС направлена встречно току якоря. В соответствии со вторым законом Кирхгофа , откуда      .      (11.3)        Рис.11.13       Уравнение (11.3) называется основным уравнением двигателя.        Из уравнения (11.3) можно получить формулы:             (11.4)       (11.5)        Магнитный поток Ф зависит от тока возбуждения Iв, создаваемого в обмотке возбуждения. Из формулы (11.5) видно, что частоту вращения двигателя постоянного тока n2 можно регулировать следующими способами: изменением тока возбуждения с помощью реостата в цепи обмотки возбуждения; изменением тока возбуждения с помощью реостата в цепи обмотки возбуждения; изменением напряжения U на зажимах якорной обмотки.     Чтобы изменить направление вращения двигателя  на обратное  (реверсировать двигатель), необходимо изменить направление тока в обмотке якоря или индуктора. 11.7. Механические характеристики электродвигателей постоянного тока       Рассмотрим  двигатель с  параллельным возбуждением в установившемся режиме работы (рис. 11.14). Обмотка возбуждения подключена параллельно якорной обмотке.      , откуда      (11.6)      Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения якоря n2 от момента на валу M2 при U = const и Iв = const.      Уравнение (11. 6) является уравнением механической характеристики двигателя с параллельным возбуждением.                Рис. 11.14          Эта характеристика является жесткой. С увеличением нагрузки частота вращения такого двигателя уменьшается в небольшой степени (рис. 11.15).       На рисунке 11.16 изображен двигатель последовательного возбуждения. Якорная обмотка и обмотка возбуждения включены последовательно.          Рис. 11.15       Рис. 11.16       Ток возбуждения двигателя одновременно является током якоря. Магнитный поток индуктора пропорционален току якоря.        где  k — коэффициент пропорциональности.        Момент на валу двигателя пропорционален квадрату тока якоря.       откуда       Механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения является мягкой (рис. 11.17).   Рис. 11.17      Уравнение механической характеристики двигателя последовательного возбуждения выглядит следующим образом:                 С увеличением нагрузки скорость двигателя резко падает.        С уменьшением нагрузки на валу двигатель развивает очень большую частоту вращения. Говорят, что двигатель идет вразнос. Работа двигателя последовательного возбуждения без нагрузки недопустима.        Двигатель смешанного возбуждения имеет механическую характеристику, представляющую собой нечто среднее между механическими характеристиками двигателя параллельного и последовательного возбуждения.        Двигатели с параллельным возбуждением применяются для привода станков и различных механизмов, требующих широкой регулировки скорости.        Двигатели с последовательным возбуждением применяются в качестве тяговых двигателей электровозов, трамваев и т.д.

Kак осуществляется пуск двигателя постоянного тока?

Схемы подключения электродвигателя постоянного тока

В зависимости от требуемых выходных характеристик электродвигателя постоянного тока, его подключение может быть осуществлено по одной из принципиальных схем: подключение с независимым, последовательным, параллельным или смешанным типом возбуждения. Схематическое изображение типов подключения электродвигателя постоянного тока представлено на иллюстрации, при этом каждый из типов подключения привносит свои особенности в эксплуатацию механизма.

Подключение с независимым возбуждением

При использовании такой схемы подключения обмотка возбуждения подключается напрямую к независимому источнику. При использовании такой схемы подключения общие характеристики электродвигателя станут идентичны двигателю, работающему на постоянных магнитах. Регулировка скорости вращения осуществляется с помощью сопротивления, возникающего в якорной цепи, или же при помощи реостата – регулировочного сопротивления в цепи обмотки возбуждения. При этом следует отметить, что при регулировке реостатом важно следить за величиной сопротивления в цепи обмотки: при сильном уменьшении этого значения (а также при обрыве) токи якоря резко возрастают, достигая опасных величин. При использовании для подключения схемы независимого возбуждения запрещается запуск электродвигателя на холостом ходу или при дефиците валовой нагрузки: такие действие неминуемо приведут к резкому увеличению скорости вращения и повреждению механизма.

Подключение с параллельным возбуждением

При использовании такого типа подключения подключение обмоток ротора и возбуждение происходит параллельно, к единому источнику питания. Таким образом, при включении электродвигателя в сеть на ротор подаётся большее количество тока, чем на обмотку возбуждения, благодаря чему выходные характеристики параллельно подключённого двигателя постоянного тока позволяют использовать их в приводах станков и прочего промышленного оборудования. Скорость вращения регулируется реостатами в цепи ротора.

Подключение с последовательным возбуждением

При использовании такого типа подключения якорная обмотка и обмотка возбуждения используют один ток, а их включение осуществляется попеременно. Скорость и нагрузка в двигателе постоянного тока, подключённом по последовательной схеме, прямо пропорциональны друг другу. Запуск на холостом ходу запрещён. Благодаря хорошим пусковым характеристикам, обеспечиваемым подключением с последовательным возбуждением, двигатели постоянного тока, подключённые по такой схеме, широко применяются в электротранспорте.

Подключение со смешанным возбуждением

Применение схемы смешанного возбуждения при подключении электродвигателя постоянного тока используются две попарно расположенные на полюсах двигателя обмотки возбуждения. Здесь существуют два варианта подключения: потоки будут либо складываться, либо вычитаться. В первом случае особенности работы электродвигателя будут аналогичны подключению по схеме последовательного возбуждения, во втором – параллельного.

Электродвигатели постоянного тока

Электрическая мощность в моторе преобразуется в механическую, заставляющую его вращаться, а часть этой мощности расходуется на нагревание проводника. Конструкция двигателя электрического постоянного тока включает якорь и индуктор, которые разделяют воздушные зазоры. Индуктор, состоящий из добавочных и главных полюсов, и станины, предназначен для создания магнитного поля. Якорь, собранный из отдельных листов, обмотка рабочая и коллектор, благодаря которому постоянный ток подводится к рабочей обмотке, образуют магнитную систему. Коллектор – это насаженный на вал двигателя цилиндр, собранный из изолированных друг от друга медных пластин. К его выступам припаиваются концы обмотки якоря. Ток с коллектора снимается при помощи щеток, закрепленных в определенном положении в щеткодержателях, благодаря чему обеспечивается нужный прижим на поверхность коллектора. Щетки с корпусом двигателя соединяются с помощью траверса.

Щетки, в процессе работы, скользят по поверхности вращающегося коллектора, переходя от одной его пластины к другой. При этом, в параллельных секциях обмотки якоря происходит изменение тока (когда щетка накоротко замыкает виток). Процесс этот называют коммутацией.

Под влиянием своего магнитного поля, в замкнутой секции обмотки возникает ЭДС самоиндукции, вызывающая появление дополнительного тока, который на поверхности щеток распределяет неравномерно ток, что приводит к искрению.

Частота вращения – одна из важнейших его характеристик. Ее регулировать можно тремя способами: изменяя поток возбуждения, изменяя величину подводимого напряжения к двигателю, изменяя сопротивление в якорной цепи.

Два первых способа встречаются намного чаще третьего, ввиду его неэкономичности. Ток возбуждения регулируется при помощи любого устройства, у которого возможно изменять активное сопротивление (например, реостата). Регулирование при помощи изменения напряжения требует наличие источника постоянного тока: преобразователя или генератора. Такое регулирование применяют во всех промышленных электроприводах.

Пуск двигателя постоянного тока. Пусковые характеристики

В соответствии с уравнением равновесия моментов Mэм = M0 + Mн + J(dω/dt)

условием пуска двигателя является неравенство Мп >Мст. Если это условие выполняется, то при включении двигателя в сеть ротор приходит в движение и разгоняется до установившегося режима. Ввиду того, что ротор обладает моментом инерции, разгоняется он не мгновенно – нарастание скорости происходит по закону, близкому к экспоненте. Пуск двигателя постоянного тока осложняется тем, что при ω=0 ЭДС Eя=0 и пусковой ток якоря Iяп= Uя/ Rя может в 10 – 20 раз превышать номинальный ток, что опасно как для двигателя (усиление искрения, динамические перегрузки), так и для источника питания. Поэтому важнейшими показателями пускового режима являются кратность пускового тока Kiп= Iп/ Iном и кратность пускового момента Кмп= Мп/ Мном. При пуске необходимо обеспечить требуемую кратность пускового момента при возможно меньшей кратности пускового тока. Прямой пуск применяют обычно при кратности пускового тока K iп?6. При большем значении Kiп применяют способы пуска, обеспечивающие снижение тока Iяп либо за счет подачи пониженного напряжения на обмотку якоря, либо за счет введения добавочного сопротивления в цепь якоря. Первый способ применяется в основном при работе двигателей в системах автоматического регулирования с якорным способом управления. Второй способ, называемый реостатным, распространен наиболее широко в нерегулируемом приводе. Сопротивление пускового реостата Rп= Rд (см. рис. 5.19) выбирают таким, чтобы ограничить Iяп до (1,4 – 1,8) Iя.ном у двигателей средней мощности и до (2,0 – 2,5) Iя.ном у двигателей малой мощности. По мере разгона якоря ток якоря уменьшается и пусковой реостат постепенно выводится.

№23. Законы электромеханики

Первый Закон

Электромеханическое преобразование энергии не может осуществляться с коэффициентом полезного действия 100%.

Электромеханические преобразователи – сложные преобразователи, в которых преобразование электрической энергии (Рэл) в механическую ( Рмех) и обратно происходит с обязательным выделением тепловой энергии ( Рт). В каждой машине имеются потери в стали, обмотках, механические потери. По этой причине КПД всегда меньше 100%. Для электрической машины КПД можно определить как отношение полезной мощности к мощности, подводимой к электрической машине.

Для генератора

Для двигателя

Второй закон

Все электрические машины обратимы, ᴛ.ᴇ. одна и та же машина может работать в режимах двигателя и генератора. Обратимость электрической машины – основное отличие электромеханического преобразователя (ЭП) от других преобразователей.

Работа в режимах двигателя и генератора – важнейшее преимущество ЭП, обеспечившее широкое применение электрических машин в промышленности.

В режиме генератора активная мощность забирается с вала машины и преобразуется в электрическую, в режиме двигателя – поступает из сети и преобразуется в механическую. При этом реактивная мощность, идущая на создание магнитного поля, может ʼʼпоступатьʼʼ или ʼʼотдаватьсяʼʼ в сеть независимо от режима работы ЭП.

В трансформаторах энергия магнитного поля концентрируется, в основном, в магнитопроводе, а в генераторах и двигателях – в воздушном зазоре – пространстве между ротором и статором. Можно утверждать, что там и происходит электромеханическое преобразование энергии.

Третий закон

Электромеханическое преобразование энергии осуществляется полями, неподвижными относительно друг друга. Результирующее поле в машине создается полями статора и ротора.

Ротор может вращаться с той же скоростью, что и поле, или с другой скоростью, однако поля ротора и статора в установившемся режиме неподвижны относительно друг друга.

Угловая скорость ротора

Угловая скорость поля ротора относительно ротора , угловая скорость поля ротора относительно неподвижного статора , где — угловая скорость поля статора, — угловая скорость ротора.

Электромагнитный момент , где Рэ – электромагнитная мощность или мощность, сконцентрированная в магнитном поле в воздушном зазоре машины.

Поля, перемещающиеся относительно друг друга, не создают электромагнитного момента͵ а создают только поток тепловой энергии.

№24

Шаг 1-й: Узнать характеристики нагрузки.

Применительно к однофазным электродвигателям, нагрузки разделяются на 3 категории: стабильный момент силы, внезапно изменяющийся момент силы и момент силы, который изменяется постепенно, через определённые промежутки времени.

Шаг 2-й. Рассмотрим мощность.

Главное правило выбора мотора по мощности: нужно выбирать электродвигатель именно той мощности, какой нужно и стараться избегать её превышения или занижения.

Шаг 3-й. Запуск.

Также необходимо учитывать силу инерции, особенно вовремя процедуры пуска.

Шаг 4: Регулировка в течение цикла работы.

Циклом работы называется совокупность пошаговых операций, выполняемых мотором, в которые входят старт, работа в обычном режиме и остановка.

Шаг 5-й: Последний критерий выбора мотора, гипоксия.

Прямой пуск

Из всех электродвигателей постоянного тока основная градация при выборе способа их запуска должна учитывать мощность устройства.

В целом выделяют три вида пуска:

• малой мощности;
• средней;
• большой мощности.

Для прямого запуска подойдут только маломощные электродвигатели, которые потребляют до 1кВт электроэнергии в сети. При прямых запусках электродвигателя все напряжение сразу подается на рабочую обмотку. Это обуславливает возникновение максимального пускового тока из-за отсутствия естественной компенсации за счет ЭДС противодействия.

С физической точки зрения ситуация в обмотках ротора будет выглядеть следующим образом: в момент подачи напряжения сила тока в обмотках равна нулю, поэтому его значение будет определяться по формуле:

I = U/Rобм, где

U – приложенная к выводам номинальное напряжение, Rобм – сопротивление катушки.

В этот момент величина токовой нагрузки электродвигателя постоянного тока является максимальной, он может отличаться от номинального значения в 1,5 – 2,5 раза. После этого протекание тока обуславливает генерацию ЭДС противодействия, которая компенсирует пусковую нагрузку до установки номинальной мощности, тогда ток станет:

I = (U — Eпрот)/Rобм

В мощных устройствах сопротивление обмоток якоря может равняться 1 или 0,5 Ом, из-за чего ток при запуске электродвигателя может достигнуть 200 – 500 А, что в 10 – 50 раз будет превышать допустимые величины. Это, в свою очередь, может привести к термическому отпуску металла, деформации проводников, разрушению колец или щеток скользящего контакта. Поэтому двигатели постоянного тока средней и большой мощности должны вводиться в работу реостатным запуском или путем подачи заведомо пониженного напряжения, прямой пуск для них крайне опасен.

Схема подключения электродвигателя постоянного тока

Если попробовать отобразить устройство электродвигателя постоянного тока схематически, то у нас получится изображение с двумя цилиндрами, помещенными один в другой. Больший из цилиндров является полым и неподвижным и называется статор или же станина. Внутри станины помещается якорь – меньший из цилиндров, являющийся подвижным. При этом между цилиндрами внутри, в обязательном порядке, должно быть воздушное пространство и они не должны вплотную соприкасаться. Это необходимо, поскольку именно в воздушном зазоре формируется магнитное поле.

Торможение электрического двигателя постоянного тока

Для торможения электроприводов с ДПТ также есть три варианта: торможение противовключением, динамическое и рекуперативное. Первое происходит за счет изменения полярности тока в обмотке якоря и напряжения. Второе происходит благодаря замыканию накоротко (через резистор) обмотки якоря. Электрический двигатель при этом работает как генератор, преобразуя в электрическую, запасенную им механическую энергию, которая выделяется в виде тепла. Это торможение сопровождается мгновенной остановкой двигателя.

Последнее происходит, если электрический мотор, включенный в сеть, вращается со скоростью, которая выше скорости холостого хода. ЭДС обмотки двигателя в этом случае, превышает значение напряжении я в сети, что приводит к изменению на противоположное направление тока в обмотке мотора, т.е. двигатель отдает в сеть энергию, переходя в режим генератора. Одновременно возникает тормозной момент на валу.

Применение двух пускателей в реверсивном устройстве

Схема управления асинхронным двигателем такого типа, по сути, работает таким же образом, как и предыдущая. Основное отличие здесь заключается в том, что появляется возможность при необходимости изменять направление вращения ротора. Чтобы это осуществить, необходимо изменить работающие фазы, имеющиеся на обмотке статора. К примеру, если нажать на кнопку «Пуск» КМ1, то порядок рабочих фаз будет А-В-С. Если же включить устройство со второй кнопки, то есть с КМ2, то порядок работающих фаз сменится на противоположный, то есть С-В-А.

Таким образом получается, что для управления асинхронным двигателем схемой такого типа необходимо две кнопки «Пуск», одна кнопа «Стоп» и два пускателя.

При нажатии на первую кнопку, которая в схеме обычно обозначается как SB2, произойдет включение первого контактора и вращение ротора в одну из сторон. Если возникает необходимость смены направления вращения на противоположную, необходимо нажать на «Стоп», после чего запуск двигателя осуществляется кнопкой SB3 и включением в работу второго контактора. Другими словами, чтобы использовать данную схему, необходимо промежуточное нажатие на кнопку остановки.

Так как управление работой двигателя с такой схемой усложняется, возникает необходимость в дополнительной защите. В данном случае речь идет об эксплуатации в пускателе нормально-закрытых (размыкающих) контактов. Они необходимы для того, чтобы обеспечить защиту от одновременного нажатия на обе кнопки «Пуск». Их нажатие без остановки приведет к возникновению короткого замыкания. Дополнительные контакты в таком случае препятствуют одновременному включению обоих пускателей. Это происходит из-за того, что при одновременном нажатии один из них включится на секунду позже второго. За это время первый контактор успеет разомкнуть свои контакты.

Советуем изучить — Краткий конспект на тему «припои и флюсы, применяемые при пайке»

Недостаток управления электрическим двигателем с такой схемой заключается в том, что пускатели должны обладать большим количеством контактов или же контактными приставками. Любой из этих двух вариантов не только усложняет всю электрическую конструкцию, но еще и удорожает ее сборку.

Сфера применения

Как вы уже поняли, использование электродвигателей постоянного тока целесообразно в условиях, когда постоянное беспрерывное подключение к сети неосуществимо. Хорошим примером здесь может служить автомобильный стартер, толкающий двигатель внутреннего сгорания «с места», или детские игрушки с моторчиком. В данных случаях для запуска двигателя используются аккумуляторные батареи. В промышленных целях ДПТ применяются на прокатных станах.

Основная же сфера применения ДПТ – электрический транспорт. Пароходы, электровозы, трамваи, троллейбусы и другие аналогичные имеют очень большое пусковое сопротивление, преодоление которого возможно только с помощью двигателей постоянного тока с их мягкими характеристиками и широкими пределами регулировки вращения. С учетом стремительного развития и популяризации экологических транспортных технологий, сфера применения ДПТ лишь увеличивается.

Самый простой щёточно-коллекторный узел

Схемы управления электроприводами

Cхема электропривода холодильной фреоновой установки На рис.

В случае, если одна из электрифицированных задвижек окажется неисправной, промежуточное реле PIT разрывает цепи автоматического управления насосными агрегатами гидроэлеваторов.

Для подключения к сети с одной фазой необходимо наличие переходного конденсатора, но в этом случае будут потери мощности и скорости оборотов двигателя. На выходе логической схемы включены командные реле, которые подают команды в схему управления электроприводами механизмов автоматического штабелера. В конце торможения, когда частота вращения будет близка к нулю и ЭДС ротора уменьшится, реле КV отключится и своим размыкающим контактом разомкнет цепь катушки контактора КМ2.

Но эти аппараты при своей простоте и надежности являются аппаратами ручного управления. Двигатель получает пониженное напряжение. При этом отключается и выключатель М2. При отключении обмоток статора от сети ротор электродвигателя с рабочим механизмом, например дисковой пилой шпалорезного станка, продолжает сравнительно долгое время вращаться по инерции.

См. также: Электролаборатория регистрация

Эти схемы нашли широкое применение для управления нереверсивными электроприводами транспортеров, воздуходувок, вентиляторов, насосов, лесоперерабатывающих и заточных станков. После запуска двигателя M1 должны установиться нормальные параметры рассола и охлаждающей воды, о чем сигнализируют контакты: ДТР датчик температуры рассола ; РР реле расхода рассола ; РД реле давления, размыкает свой контакт в том случае, если давление в магистрали слишком понизится или повысится. В дополнение к механической блокировке в схеме используется типовая электрическая блокировка, применяемая в реверсивных схемах управления. Если температура в помещениях поднимается выше установленной, замыкается контакт ДОТ, срабатывает реле Р2 и происходит пуск компрессора.

Советуем изучить — Сто 70238424.27.100.059-2009 ветроэлектростанции (вэс). условия создания. нормы и требования

При нажатии каждой из кнопок цепь одного из пускателей замыкается, а цепь другого одновременно при этом размыкается. В соответствии с правилами технической эксплуатации грузоподъемных механизмов в отключенном состоянии привод и механизм подъема должны быть надежно заторможены. Схема включает блок управления тиристорами БУ и релейно-контактный узел управления. Нажатие кнопки SВ2 приводит одновременно к замыканию цепи питания катушки контактора КМ2, который, включившись, вновь подключает двигатель к сети, но уже с другим чередованием фаз сетевого напряжения на статоре. Пуск начинается после перемещения контактной щетки на вывод 1.

Также рекомендуем прочесть

Анимация процессов, протекающих в схеме с двумя пускателями показана ниже. Статор электродвигателя и обмотка электромагнита Y одновременно будут присоединены к сети. Для этого в цепь управления магнитного пускателя КМ2, осуществляющего пуск и остановку электродвигателя М2, включен замыкающий вспомогательный контакт КМ1, связанный с пускателем КМ1. Это позволяет снизить расход электроэнергии и износ мотора, предотвращает перегрев и дает ряд дополнительных возможностей для подключения автоматики.

Одновременно НО контакт реле РП сигнализирует на диспетчерский пункт. Для его ускорения ванну печи поворачивают относительно оси на 40 влево и вправо и в каждом из крайних положений производят проплавле-ние новых колодцев, что в конечном итоге приводит к обвалу шихты в печи и ускорению наиболее тяжелого с энергетической точки зрения режима расплавления шихты. При нажатии на кнопку первым отключается размыкающий контакт, а затем включается замыкающий. В этом случае он подключается от двух любых фаз, например, от А и B. Переключатель может иметь несколько положений для выбора различных способов подключения электродвигателя, что может позволить уменьшить пусковое напряжение, выбирать направление и скорость вращения. Как читать Элекрические схемы

Подключение электродвигателя постоянного тока

Несмотря на то, что электродвигатели постоянного тока не так популярны, как устройства, работающие на переменном токе, сфера их применения довольно широка: они используются в быту, в качестве элементов различного наземного транспорта, а также на предприятиях в приводах элементов, бесперебойное электроснабжение которых осуществляется аккумуляторными батареями. Именно поэтому на сайте торгового дома Степмотор представлен широкий ассортимент устройств такого типа. Отличительной особенностью электродвигателей постоянного тока является наличие обмоток возбуждения, при этом от того, каким образом они будут подключены к сети, напрямую зависят пусковые характеристики, механические и электрические свойства двигателя.

Кнопочный пост

Данное оборудование предназначается для коммутации, то есть соединения цепей, в которых протекает переменный ток с максимальным напряжением в 660 В и частотой 50 или 60 Гц. Можно эксплуатировать такие устройства и в сетях с постоянным током, но тогда максимальное рабочее напряжение ограничивается 440 В. Возможно применение даже в качестве пульта управления.

Советуем изучить — Наведенное напряжение

Обычный кнопочный пост имеет следующие особенности своей конструкции:

• Каждая из его кнопок лишена фиксации.
• Имеется кнопка «Пуск», которая чаще всего имеет не только зеленый цвет, но и контакты нормально-разведенного типа. Некоторые модели даже обладают подсветкой, которая включается после нажатия. Предназначение — введение в работу какого-либо механизма.
• «Стоп» — это кнопка, обладающая красным цветом (чаще всего). Располагается она на замкнутых контактах, а ее основное предназначение — это отключение какого-либо прибора от источника питания с целью остановки его работы.
• Отличие между некоторыми приборами состоит в материале, который используется для изготовления каркаса. Он может быть сделан из металла или пластмассы. В данном случае корпус играет важную роль, так как имеет определенную степень защиты, зависящую от материала.

Методы возбуждения генератора постоянного тока

На рабочие характеристики машины постоянного тока большое влияние оказывает способ возбуждения обмотки возбуждения постоянным током. Существует два метода возбуждения генератора постоянного тока.

1. Шунтовое возбуждение: Здесь обмотка возбуждения снабжена большим количеством витков тонкого провода и возбуждается от источника напряжения. Поэтому обмотка возбуждения имеет большое сопротивление и пропускает небольшой ток. Обычно он возбуждается параллельно цепи якоря, отсюда и название 9.0006 Шунтовая обмотка возбуждения . Поскольку напряжение якоря машины постоянного тока остается практически постоянным, шунтирующее поле можно регулировать, помещая в его цепь внешнее последовательное сопротивление.

2. Серийное возбуждение: Здесь обмотка возбуждения состоит из нескольких витков толстого провода и возбуждается от тока якоря путем его последовательного включения с якорем, поэтому она известна как обмотка возбуждения серии . Для заданного тока возбуждения управление этим полем достигается с помощью дивертора, представляющего собой низкоомное соединение, включенное параллельно последовательной обмотке. Более практичным способом последовательного управления полем является изменение количества витков обмотки с помощью подходящих ответвлений, выведенных для целей управления.

На рис. 7.17 показано физическое расположение шунтирующей и последовательной обмоток возбуждения на одном полюсе машины.

Прекрасные и универсальные способы управления шунтирующим и последовательным возбуждением теперь возможны с использованием полупроводниковых устройств и соответствующих схем управления.

Другой способ классификации методов возбуждения генератора постоянного тока, имеющий значение для машин постоянного тока, используемых в качестве генератора, состоит в том, чтобы различать, возбуждается ли машинное поле собственным напряжением/током якоря или для этой цели используется независимый источник.

Два различных класса методов возбуждения генератора постоянного тока с этой точки зрения:

1. Раздельное возбуждение
2. Самовозбуждение

При раздельном возбуждении отдельный источник постоянного тока необходим только для целей возбуждения и явно неудобен. Отдельное устройство возбуждения, шунтирующая обмотка возбуждения, показано на рис. 7.18 (а). Машина с независимым возбуждением является наиболее гибкой, так как возможно полное и независимое управление цепями якоря и возбуждения. Машины с постоянными магнитами также попадают в эту категорию.

Генератор постоянного тока с самовозбуждением может возбуждаться собственным напряжением якоря (шунтовое возбуждение), как на рис. 7.18(b), или собственным током (последовательное возбуждение), как на рис. 7.18(c). Комбинация шунтирующего и последовательного возбуждения (составное возбуждение) также используется для генераторов, как описано ниже в этом разделе. Генератор с самовозбуждением может не возбуждаться при определенных полевых условиях.

Машина постоянного тока, используемая в качестве двигателя, имеет свое шунтирующее поле, всегда отдельно возбуждаемое, так как его возбуждение берется из источника постоянного тока. На рисунках 7.18 (b) и (c) показаны действующие схемы параллельного и последовательного возбуждения для двигателей постоянного тока.

Если в машине постоянного тока используются как шунтирующие, так и последовательные возбуждения, как показано на рис. 7.18(d), она называется составной машиной постоянного тока . Если поток последовательного поля способствует потоку шунтирующего поля, так что результирующий поток в воздушном зазоре на полюс увеличивается, то машина называется машиной с кумулятивным составом постоянного тока (рис. 7.18 (d)). Однако, если поток последовательного поля противодействует потоку шунтирующего поля, так что результирующий поток в воздушном зазоре на полюс уменьшается, машина называется машиной постоянного тока с дифференциальным составом 9.0007 (рис. 7.18(д)). На рис. 7.18 цепи возбуждения и якоря изображены под углом 90° (эл.) друг к другу, что представляет, как указывалось ранее, фактическую пространственную ориентацию магнитных полей, создаваемых цепями возбуждения и якоря в машине постоянного тока. .

Направление стрелок на рис. 7.18 (d) и (e) соответствует магнитным полям, связанным с двумя обмотками возбуждения. Рисунок 7.18(d) подразумевает, что магнитные поля двух обмоток возбуждения являются аддитивными. Кумулятивное соединение как двигателей, так и генераторов часто используется для использования преимуществ как параллельного, так и последовательного возбуждения.

Конечно, сейчас, с появлением полупроводникового управления как для цепей якоря, так и для цепей возбуждения, этот метод потерял большую часть своего очарования. Дифференциальная составная машина практически не имеет практического применения. Ведь дифференциально-компаундный двигатель может стать неустойчивым (набрать опасно высокие обороты) в определенном диапазоне работы (даже при умеренных перегрузках).

С точки зрения соединений, составная машина постоянного тока может иметь короткий шунт (рис. 7.18(g)) или длинный шунт (рис. 7.18(е)) соединение. Это два возможных способа подключения шунтирующей обмотки возбуждения в составной машине. Но заметной разницы в ТТХ их машин нет. Выбор между ними зависит от механических соображений или реверсивных переключателей.

Уравнения установившейся цепи:

При установившейся работе машины постоянного тока индуктивность якоря и поля не играют никакой роли в уравнениях установившейся цепи машины. Со ссылкой на рис. 7.18 (f) составной машины с длинным шунтом, применяющей законы напряжения и тока Кирхгофа, можно сразу же записать следующие уравнения установившейся цепи машины:

, где знак «плюс» используется для моторного режима, а «минус» — для генераторного режима.

Типы генераторов постоянного тока с раздельным возбуждением и самовозбуждением

Генератор постоянного тока преобразует механическую энергию в электрическую. Магнитный поток в машине постоянного тока создается катушками возбуждения, по которым течет ток. Циркуляционный ток в обмотках возбуждения создает магнитный поток, и это явление известно как Возбуждение .

Генераторы постоянного тока классифицируют по способам возбуждения их поля.

По возбуждению генераторы постоянного тока классифицируются как Генераторы постоянного тока с независимым возбуждением и Генераторы постоянного тока с самовозбуждением . Существует также генераторов постоянного тока типа с постоянными магнитами.

Генераторы постоянного тока с самовозбуждением далее классифицируются как Генераторы постоянного тока с параллельной обмоткой ; Генераторы постоянного тока серии с обмоткой и комбинированной обмоткой Генераторы постоянного тока.

Генераторы постоянного тока с комбинированной обмоткой подразделяются на длинные генераторы постоянного тока с параллельной обмоткой и генераторы постоянного тока с короткой обмоткой.

Полюс возбуждения генератора постоянного тока неподвижен, а проводник якоря вращается. Напряжение, возникающее в проводнике якоря, носит переменный характер, и это напряжение преобразуется в постоянное напряжение на щетках с помощью коммутатора.

Комплектация:

1. • Генератор постоянного тока с постоянными магнитами
   • Генератор постоянного тока с независимым возбуждением
   • Генератор постоянного тока с автовозбуждением
   • Генератор шунтовой раны
   Генератор ран серии
   • Генератор составных ран

Подробное описание различных типов генераторов приведено ниже.

Генератор постоянного тока с постоянными магнитами

В этом типе генератора постоянного тока вокруг полюсов нет обмотки возбуждения. Поле, создаваемое полюсами этих машин, остается постоянным. Хотя эти машины очень компактны, но используются только в небольших размерах, как динамо-машины в мотоциклах и т. д.

Основным недостатком этих машин является то, что поток, создаваемый магнитами, ухудшается с течением времени, что меняет характеристики машины.

Генератор постоянного тока с независимым возбуждением

Генератор постоянного тока, обмотка возбуждения которого питается от отдельного или внешнего источника постоянного тока, называется генератором постоянного тока с независимым возбуждением. Поток, создаваемый полюсами, зависит от тока поля с ненасыщенной областью магнитного материала полюсов. т. е. поток прямо пропорционален току возбуждения. Но в области насыщения поток остается постоянным.

Рисунок генератора постоянного тока с самовозбуждением показан ниже:

Генератор постоянного тока с независимым возбуждением

Здесь

I _a = I _L , где I _a — ток якоря, а I _L — линия текущий.

Напряжение на клеммах определяется как:

Если известно падение на контактной щетке, то уравнение (1) записывается как:

Развиваемая мощность определяется уравнением, показанным ниже:

Выходная мощность определяется уравнением (4), показанным выше.

Генератор постоянного тока с самовозбуждением

Генератор постоянного тока с самовозбуждением представляет собой устройство, в котором ток на обмотку возбуждения подается самим генератором. В генераторе постоянного тока с самовозбуждением катушки возбуждения могут быть соединены параллельно с якорем последовательно или частично последовательно, а частично параллельно с обмотками якоря.

Генератор постоянного тока с самовозбуждением далее классифицируется как

Генератор с параллельным возбуждением

В генераторе с параллельным возбуждением обмотка возбуждения подключается поперек обмотки якоря, образуя параллельную или параллельную цепь. Следовательно, к нему приложено полное терминальное напряжение. Через нее протекает очень малый ток возбуждения I _ш , поскольку эта обмотка имеет много витков тонкого провода, имеющего очень высокое сопротивление R _ш порядка 100 Ом.

Схема подключения генератора с параллельным возбуждением приведена ниже:

Генератор постоянного тока с шунтирующей обмоткой

Ток шунтирующего возбуждения определяется как:

Где R _sh — сопротивление обмотки шунтирующего возбуждения.

Поле тока I _ш практически постоянно при всех нагрузках. Поэтому шунтирующая машина постоянного тока считается машиной с постоянным магнитным потоком.

Ток якоря определяется как:

Напряжение на клеммах определяется уравнением, показанным ниже:

Если учитывается падение напряжения на щеточном контакте, уравнение для напряжения на клеммах принимает вид

Генератор с последовательной обмоткой

Генератор с последовательной обмоткой катушки возбуждения соединены последовательно с обмоткой якоря. По последовательной обмотке возбуждения протекает ток якоря.

Последовательная обмотка возбуждения состоит из нескольких витков провода из толстого провода большей площади поперечного сечения и с малым сопротивлением, обычно порядка менее 1 Ом, поскольку ток якоря имеет очень большую величину.

Его конвекционная схема показана ниже: 9Генератор постоянного тока с обмоткой серии 0003. Ток возбуждения серии

задается как:

R _se известен как последовательное сопротивление обмотки возбуждения.

Напряжение на клеммах задается как:

Если учитывать падение напряжения на щеточном контакте, уравнение напряжения на клеммах записывается как:

Поток, создаваемый последовательной обмоткой возбуждения, прямо пропорционален току, протекающему через нее. Но это верно только до магнитного насыщения, после того как поток насыщения становится постоянным, даже если ток, протекающий через него, увеличивается.

Генератор со смешанной обмоткой

Генератор со смешанной обмоткой имеет две обмотки возбуждения.