Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Принцип действия электрических машин постоянного тока.




На рис. 1. схематично изображен поперечный разрез машины постоянного тока. На неподвижной части машины (статоре) размещаются стальные полюсы П с надетыми на них катушками обмотки возбуждения В. Катушки соединяются между собой так, чтобы при прохождении по об­мотке постоянного тока полюсы приобретали чередующуюся полярность (N, S, N, S и т.д.). Поток Ф, создаваемый обмоткой возбуждения, неизменен во времени и замыкается, как показано на рис. 1. штриховыми линиями.

 

 

 

На вращающейся части машины располагается обмотка О, в которой индуктируется основная

ЭДС, поэтому в машинах постоянного тока вращающуюся часть называют якорем.

Обмотка укладывается на стальном сердечнике М, закрепленном на валу (на рисунке не показан). Предположим, что сердечник выполнен в виде полого цилиндра, на внешней и внутренней поверхностях которого размещаются проводники. С торцевых сторон эти проводники соединя­ются между собой, образуя замкнутый контур. Сплошные линии на рисунке показывают соединения проводников с переднего торца, а штрихпунктирные - с заднего. Изображенный на рисунке якорь называется кольцевым. В настоящее время кольцевой якорь не имеет широкого практического применения. Однако в дальнейшем при изложении некоторых физических процессов, происходящих в машине, будем рассматривать такой якорь, чтобы получить более наглядную картину.

От обмотки якоря выполняются ответвления к пластинам коллектора (К). Коллектор располагается на валу якоря и представляет собой цилиндрическое тело, состоящее из электрически изолированных между собой медных пластин. Часть обмотки, заключенная между следующими друг за другом ответвлениями к коллекторным пластинам, называется секцией. Обмотка имеет большое число секций, каждая из которых состоит из одного или нескольких вит­ков. Число коллекторных пластин равно числу секций. Показанная на рисунке обмотка состоит из 12 одновитковых секций, а коллектор имеет 12 пластин.

При вращении якоря в проводниках его обмотки индуктируется ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки. На рис. 1. стрелкой показано направление вращения якоря. Там же показаны и направления ЭДС в проводниках обмотки якоря. В кольцевой обмотке ЭДС будет индуктироваться только в проводниках, расположенных на внешней поверхности сердечника якоря, В проводниках, лежащих на внутренней поверхности, ЭДС не наводится, так как эти проводники не пересекают индукционных линий магнитного поля. Поэтому проводники, расположенные на внешней поверхности сердечника якоря, являются активными, а на внутренней - неактивными.

В обмотке якоря машины постоянного тока наводится переменная ЭДС, так как каждый проводник поочередно проходит полюсы разной полярности, вследствие чего ЭДС в них меняет свое направление. Если машина работает генератором, то переменная ЭДС обмотки должна быть выпрямлена. Достигается это с помощью коллектора. С коллектором соприкасаются неподвижные щетки Щ, посредством которых обмотка якоря соединяется с внешней сетью. Для того чтобы ЭДС на выводах машины имела максимальное значение, щетки следует установить в тех местах, где ЭДС, наводимая в проводниках, меняет направление. Это происходит под серединой межполюсного промежутка. Воображаемая линия, проведенная через середину межполюсного промежутка, называется геометрической нейтралью ГН. Следовательно, в машинах постоянного тока щетки должны быть установлены на геометрической нейтрали. Поскольку число нейтралей равно числу полюсов, то и число мест, где устанавливаются щетки, выбирается равным числу полюсов.

Для момента времени, к которому относится картина, изображенная на рисунке, между каждой парой соседних щеток включены проводники обмотки якоря с одинаковым направлением ЭДС. Поэтому щетки, соприкасающиеся с определенными коллекторными пластинами, будут иметь указанную на рисунке полярность.

При вращении якоря расположение секций в пространстве будет меняться. При этом будет изменяться направление ЭДС, индуктируемой в проводниках соответствующих секций. Но всегда между коллекторными пластинами, с которыми соприкасаются неподвижные щетки, будут распо­лагаться проводники с одинаковым направлением ЭДС и щетки будут иметь определенную полярность. Полярность соседних щеток, как и полярность полюсов, будет чередующейся. Щетки одноименной полярности соединяются между собой, а к их общим выводам подключается внешняя сеть. При наличии коллектора во внешней сети генератора будет протекать постоянный ток, в то время как в обмотке якоря ЭДС и ток будут переменными. Направление тока в проводниках будет совпадать с направлением ЭДС.

 

В двигателях постоянного тока к щеткам подводится постоянный ток. Роль коллектора в этом случае состоит в том, чтобы в любой момент времени обеспечить такое распределение тока по обмотке якоря, при котором под полюсами разной полярности располагались бы проводники с противоположным направлением тока. Например, для определенного момента времени такому распределению тока по проводникам обмотки якоря может соответствовать картина, показанная на рис. 1. При показанном на рисунке распределении тока электромагнитные силы всех проводников имеют одинаковые направления, в чем можно убедиться, применяя правило левой руки. В результате этого при прочих равных условиях двигатель создает наибольший вращающий момент, под действием которого якорь придет во вращение в направлении, противоположном указанному на рис. 1. для генераторного режима.

По отношению к выводам сети обмотка якоря разбивается на параллельные ветви. Параллельной ветвью называют группу последовательно соединенных проводников, включенных между щетками разной полярности. В данной машине обмотка имеет четыре параллельные ветви. Ее развертка по отношению к выводам сети показана на рис. 2.

Электродвижущая сила на выводах машины при холостом ходе (без нагрузки) будет равна ЭДС одной параллельной ветви, а ток в сети при нагрузке будет равен сумме токов параллельных ветвей.

В замкнутом контуре самой обмотки якоря машины постоянного тока сумма ЭДС равна нулю (рис. 1.), поэтому при разомкнутой внешней цепи ток в обмотке возникать не будет.

 

Понятие о способах возбуждения.

Под возбуждением электрического двигателя постоянного тока понимают создание в ней магнитного поля, необходимого для наведения в обмотке якоря ЭДС заданной величины (генератор) или создания необходимого вращающегося момента якоря (двигатель). Основное магнитное поле в машинах создается главными полюсами и расположенными на них катушками обмотки возбуждения. Обмотка возбуждения и обмотка якоря в машинах могут быть подключены к сети различными способами: независимо одна от другой, параллельно, последовательно и параллельно-последовательно (смешанно).


Рис.2. Схемы возбуждения машин постоянного тока

 

В зависимости от способа соединения этих обмоток различают четыре типа машин постоянного тока:

- двигатели независимого возбуждения (рис. 2. а), в которых обмотка возбуждения и обмотка якоря подключаются независимо друг от друга к различным источникам;

- двигатели параллельного (шунтового) возбуждения (рис. 2. б), и которых обмотка возбуждения подсоединяется к щеткам и получает питание от ЭДС обмотки якоря;

- двигатели последовательного (сериесного) возбуждения (рис. 2. в), в которых обмотка возбуждения включается последовательно с обмоткой якоря;

- двигатели смешанного (компаундного) возбуждения (рис. 2. г), в которых на каждом полюсном сердечнике имеется две обмотки — шунтовая и сериесная. Шунтовая обмотка возбуждения соединяется параллельно якорной обмотке, а сериесная — последовательно с ней.

Способ соединения обмотки возбуждения с обмоткой якоря оказывает сильное влияние на электрические свойства генераторов и механические свойства двигателей постоянного тока.
Основными параметрами, характеризующими работу генераторов постоянного тока, являются: вырабатываемая мощность Р, напряжение на выводах (зажимах) U, ток возбуждения Iв, ток якоря Iя или ток нагрузки I, частота вращения n (обычно n = const). Зависимость между этими величинами описывается двумя уравнениями:

- уравнением ЭДС (см. вывод) E = cenФ;

- уравнением электрического состояния цепи якоря U = E – Irя.

Нагляднее эти зависимости устанавливаются графическим путем. Графические изображения зависимостей основных электрических величин, определяющих работу электродвигателя, называются характеристиками. Основными характеристиками, определяющими свойства генераторов, являются:

- характеристика холостого хода (XXX), показывающая зависимость ЭДС генератора при холостом ходе от величины тока возбуждения при постоянной частоте вращения, т. е.

 

E = ƒ(Iв) при I=0(или Iя=0) и n=nном=const;

 

- внешняя характеристика, показывающая зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки при постоянном сопротивлении цепи возбуждения и постоянной частоте вращения, т. е.

 

U = ƒ(I) при Rв=const и n=nном=const;

 

- регулировочная характеристика, показывающая зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при условии поддержания постоянного напряжения на выводах генератора и постоянной частоте вращения, т. е.

 

Iв = ƒ(I) при U=const и n=nном=const;

 

Все характеристики генераторов могут быть определены как экспериментальным, так и расчетным путем.

 

Поделиться:





Читайте также:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...