Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Основные части и принцип действия машин постоянного тока

Пуск АД

При пуске АД должны удовлетворяться следующие основные требования (как и при пуске Д=Т):

а) движущий момент, развиваемый АД при пуске (пусковой момент Мп), должен превышать тормозящий момент Мв, создаваемый механической нагрузкой на его валу: Мп > Мв;

б) величина пускового тока должна быть ограничена;

в) схема пуска должна быть максимально простой.

Основные способы пуска АД:

- прямой пуск (подключение обмотки статора непосредственно с сети);

- пуск при пониженном напряжении на статоре;

- пуск при помощи пускового реостата в цепи ротора (возможен только в машинах с фазным ротором, имеющим электрическую связь с неподвижной “внешней средой” через контактные кольца).

Первый способ применяется обычно при пуске АД малой мощности с КЗ ротором. При проектировании таких АД учитывают условие б). Увеличение скорости ротора n происходит по естественной механической характеристике от точки П (пуск) до точки Р (рабочий режим).

К недостаткам такого способа относится малая величина Мп, а также наличие броска тока при пуске — в 5 – 7 раз превышает номинальный ток Iн.

Второй способ применяется при пуске на холостом ходу, т.е. при малом моменте нагрузки Мв, поскольку при снижении U1 в k раз момент Мп падает в k2 раз. При этом способе применяются различные схемы:

- реакторный пуск (включение на время пуска в цепь статора реактивных сопротивлений, на которых падает часть питающего напряжения сети);

- включение на период пуска активных сопротивлений в цепь статора (идея аналогична предыдущему пункту);

- автотрансформаторный пуск (статор получает питающее напряжение от регулируемого трехфазного автотрансформатора);

- переключением обмоток статора со “звезды” на время пуска в “треугольник” после разгона.

Третий способ используется при пуске АД с фазным ротором. Как видно из рисунка,

Пуск АД

при некотором значении добавочного сопротивления в цепи ротора можно производить пуск при, а по мере разгона постепенно или ступенями, как на рисунке, уменьшать это сопротивление до нуля.

Несмотря на большие возможности этого способа, он требует более сложной конструкции ротора, и АД с фазным ротором обладают более высокой стоимостью. Поэтому такой способ используется при тяжелых условиях пуска, где требуется развить максимально возможный пусковой момент.

Основные части и принцип действия машин постоянного тока

Конструктивно машина постоянного тока состоит из неподвижного статора (индуктора) с полюсами и вращающегося ротора (якоря) с коллектором (рис. 2.1,а). Статор является источником магннтного поля и механическим остовом машины, якорь- часть машины, в обмотке которой индуцируется э. д. с.

На одном валу с якорем жестко закрепляется коллектор (рис. 2.1,б), электрически соединенный с его обмоткой. Коллектор - характерная деталь машины постоянного тока. Его медных пластин касаются неподвижные угольно-графитовые щетки, размещенные в щеткодержателях (рис. 2.1,в) на траверсе и электрически соединенные с внешней цепью. Во избежание искрения щетки тщательно притираются к коллектору, а их умеренный нажим должен быть отрегулирован.

Принцип действия машин постоянного тока основан на законе электромагнитной индукции и законе Ампера. Магнитное поле машины (рис. 2.1,д) создается постоянным током (током возбуждения) в обмотке полюсов или постоянными магнитами в машинах малой мощности. Его силовые линии замыкаются через стальные станину, сердечники полюсов и сердечник якоря, дважды преодолевая на своем пути воздушный зазор между ними. Магнитная цепь четырехполюсной машины постоянного тока разветвленная, симметричная. Плоскость, проходящую через ось машины под углом а, при котором она перпендикулярна к силовым линиям, называют геометрической нейтралью (при а. = 0 и 772 на рис. 2.1,г).

Существует два режима работы эл. двигателей

а: режим генератора

б: режым двигателя

В режиме генератора машина преобразует механическую энергию в электрическую: к обмотке возбуждения статора подводится постоянный ток возбуждения, а якорь вращается каким-либо первичным двигателем. При этом провода обмотки якоря пересекают магнитные силовые линии полюсов и в них индуцируются э. д. с. С помощью коллектора и щеток, которые являются механическим выпрямителем, эти переменные пульсирующие э. д. с. суммируются в постоянную по значению и направлению э. д. с. машины Е. Если к щеткам подключить приемник, то в нем установится постоянный ток I.

В режиме двигателя машина преобразует электрическую энергию в механическую: к якорю и к обмотке возбуждения машины одновременно подводится постоянный ток от источника. Взаимодействие магнитного поля полюсов статора с током обмотки якоря создает вращающий электромагнитный момент, который и приводит в движение якорь (ротор).

2.1 Устройство статора

Статор (индуктор) машины постоянного тока (см. рис. 2.1,а) состоит из цилиндрической станины (корпуса), полюсов с обмоткой возбуждения и подшипниковых щитов.

Станина (рис.2.2,а), являющаяся основой неподвижной части машины, отливается или выполняется сварной из стали с большой магнитной проницаемостью, так как играет роль и магнитопровода. На внутренней стороне станины располагаются симметрично полюсы. В машинах малой и средней мощностей к цилиндрической танине с торцов крепятся подшипниковые щиты с подшипниками. В мощных машинах подшипники иногда выносятся на отдельные стояки.

Основные полюсы с током в катушках обмотки (рис. (2.2,а и б) создают в машине магнитное поле. Каждый полюс является электромагнитом, состоит из стального сердечника с полюсным наконечником (башмаком) и катушечной обмотки из изолированного медного провода (рис.2.2,в). Обмотка основных полюсов составляет обмотку возбуждения машины. Сердечник полюса для уменьшения потерь на вихревые токи (возникающих в полюсном наконечнике из-за пульсации магнитной индукции при вращении якоря с зубчатой поверхностью) набирается в виде пакета из листовой электротехнической стали толщиной 0,5-2 мм и стягивается шпильками. Полюсы крепятся к станине болтами или шпильками.

Добавочные полюсы (рис.2.2,г) устроены аналогичноно, но их сердечники чаще делаются из литой стали и имеют малую магнитную индукцию. Они устанавливаются симметрично между основными полюсами (см. рис.2.2,а), содержат обмотку из толстого изолированного провода (включается последовательно с якорем) и предназначаются для устранения искрения щеток.

2.2 Устройство якоря

Якорь (ротор) машины постоянного тока (см. рис. 2.1,б) состоит из стального вала, стального сердечника, обмотки и коллектора.

Сердечник якоря (рис. 2.3,а) представляет собой целиндрический барабан, в продольных наружных пазах которого размещается обмотка якоря. Для уменьшения потерь на вихревые токи (во время работы якорь вращается в постоянном и неподвижном магнитном поле статора) сердечник набирается из изолированных штампованных листов электротехнической стали (рис. 2.3,б) толщиной 0,35 или 0,5 мм. Сердечник жестко закрепляется на валу (шпонкой или нажимными шайбами). Для лучшего охлаждения в сердечнике якоря имеются осевые вентиляционные каналы, а в машинах большой мощности - и радиальные каналы между пакетами сердечника. В машинах малой и средней мощностей применяется самовентиляция - воздух прогоняется вентилятором, который насаживается на вал якоря (см. рис. 2.1,б), в машинах большой мощности используется независимое охлаждение - от вентилятора с собственным приводом. В сердечниках якоря имеются пазы разнообразной формы: полузарытый грушевидный (рис. 2.3,б), и открытый прямоугольный (см. рис 2.3,в и г).

Коллектор (рис. 2.3,д) набирается из клинообразных медных пластин (ламелей), которые изолируются друг от друга миканитом. В прорезь выступа коллекторной пластины впаиваются два конца соседних секций обмотки якоря.

В машинах малой мощности с частотой вращения до 10 тыс. об/мин коллектор может иметь пластмассовый корпус (рис. 2.3,е)..

2.3 Коллектор - электромеханический выпрямитель

Обмотка якоря машины постоянного тока электрически замкнута (рис. 2.4,а). Однако, поскольку она выполнена симметричной, как и чередующиеся полюсы статора, алгебраическая сумма индуцированных в ней пульсирующих э. д. с. равна нулю и ток в контуре обмотки отсутствует. Для получения на обмотке якоря эквивалентной выпрямленной э. д. с., которая является источником постоянного тока для внешней цепи, используются коллектор и щетки.

Работа коллектора наглядно может быть иллюстрирована схемой кольцевого якоря, показанной на рис. 2.4,а, где обмотка якоря изображена без кольцевого сердечника в виде шести витков-секций, соединенных в замкнутый контур и связанных электрически с коллектором. Чтобы не затемнять схему, условно щетки с выводами для внешней цепи изображены на внутренней стороне пластин коллектора. Направление э. д. с. в витках обмотки якоря, вращающегося с угловой частотой относительно неподвижных полюсов и щеток, определяется правилом правой руки. Как следует из рис. 2.4,а, обмотка якоря делится щетками на две параллельные симметричные ветви, э. д. с. которых направлены встречно.

Для получения наибольшего возможного значения эквивалентной выпрямленной э. д. с. е во внешней цепи щетки устанавливаются на геометрической нейтрали, т. е. в таком положении, чтобы они соединялись через коллекторные пластины с секциями обмотки, которые в данный момент проходят через геометрическую нейтраль и не пересекают линии магнитного поля статора (е == 0). Как в верхней, так и в нижней ветви обмотки (см. рис. 2.4,и) пульсирующие переменные э. д. с. отдельных секций складываются. Следовательно, эквивалентная э. д. с. машины е между щетками равна сумме мгновенных э.д.с.ек всех секций верхней или нижней ветви обмотки:

е= е1+е2+е3=е4+е5+е6 (2.1)

и является пульсирующей, как показано на графиках э. д. с. (рис. 2.4,б).

При вращении якоря, благодаря симметрии машины, эквивалентная э. д. с. е между щетками пульсирует мало: выход из состава верхней ветви одной секции, например 1(е1) при правом вращении, одновременно компенсируется переходом в эту ветвь противоположно расположенной секции 4 (е4) из нижней ветви. При этом их э. д. с. меняют направление, так как наводятся полями других полюсов.

В реальных машинах постоянного тока обмотка якоря насчитывает десятки секций (соответственно столько же пластин имеет коллектор) и пульсация выпрямленной э. д. с. становится практически незаметной. Поэтому э. д. с. якоря Е оказывается постоянной.

Как следует из рис. 2.4,а, в двухполюсной машине имеются две параллельных ветви в обмотке якоря, т. е. число пар параллельных ветвей а = 1. С увеличением числа полюсов (и щеток) в машине соответственно возрастает и число пар параллельных ветвей обмотки якоря. Для четырехполюсной машины а = 2 (рис. 2.4,в).

2.4 Обмотка якоря

Современные машины имеют барабанный якорь с двухслойной обмоткой, которая по' типу может быть петлевой (параллельной), волновой (последовательной) и комбинированной, сочетающей в себе элементы двух первых.

Обмотка якоря составляется из отдельных секций, концы которых припаиваются к пластинам коллектора. Секции имеют по два активных участка и могут состоять из одного, двух или нескольких витков (рис. 2.5). Секции обмотки укладываются в пазах барабана якоря в два слоя (один участок вверху одного паза, другой - внизу другого паза) и в определенном порядке, чтобы при вращении якоря их участки всегда находились под разными полюсами статора (отстояли друг от друга примерно на одно полюсное деление т), т. е. чтобы индуцированные в них э. д. с. действовали согласно и складывались.

Для правильной укладки секций обмотки в пазах барабана якоря и соединения их с коллектором необходимо знать: полюсное деление, шаги обмотки по якорю и шаг по коллектору. Полюсное деление -это окружости якоря, приходящаяся на один полюс, или расстояние между осями соседних полюсов:

(2.2)

где D -- диаметр якоря; 2р - число основных полюсов (р - числопар полюсов) машины.

Петлевая обмотка изображена на рис. 2.5. Она наматывается так, что конец ее последней секции соединяется с началом первой т. е. она всегда замкнута. При обходе замкнутой петлевой обмотки э д. с. в ее секциях изменяют свое направление под каждым полюсом.'Обмотка делится на число пар параллельных ветвей а равное числу пар основных полюсов машины (см. рис. 10.4), т. е. для петлевой обмотки всегда

a=p (2.3)

Такое деление обмотки фиксируется щетками на коллекторе. Число щеток равно числу основных полюсов машины. Щетки устанавливаются на коллекторе по оси полюсов (при наличии добавочных полюсов) так, чтобы они соединялись с участками секции, которые в данный момент почти не пересекают силовые линии. Каждая щетка обычно перекрывает на коллекторе несколько пластин. Так как секции в каждой параллельной ветви обмотки соединены последовательно, то их э. д. с. складываются. В машине все параллельные ветви и их щетки соединяются параллельно, поэтому петлевая обмотка называется еще параллельной.

Концы секций волновой обмотки присоединяются к пластинам коллектора, расстояние между которыми почти равно двойному полюсному делению. Эта обмотка несколько раз обходит якорь по окружности, прежде чем ее стержни займут все пазы и конец последней секции соединится с началом первой (см. рис. 2.6,в и г). Индуцированные в участках секции переменные э. д. с. имеют согласованное направление.

В волновой обмотке, в отличие от петлевой, число параллельных ветвей всегда равно двум независимо от числа полюсов машины, т. е.,

a = 1 (2.4)

Так получается потому, что каждая половина секций, расположенных под основными «северными» N или «южными» 5 полюсами, образует лишь одну параллельную ветвь (см. рис. 2.6,г). Однако для уменьшения размеров коллектора и разгрузки щеток в машинах с волновой обмоткой число щеток берут равным числу основных полюсов 2р и соединяют их через одну в две цепи.

Комбинированная обмотка применяется в мощных машинах постоянного тока при напряжении свыше 600 В.

12 3 Следующая ⇒