Предыдущая страница !![]() |
Содержание | ![]() |
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.
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 RH
протекает ток IЯ.
Рис. 11.4
ЭДС якорной обмотки
пропорциональна частоте вращения якоря n2 и магнитному потоку индуктора Ф
(11.1)
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
(11.2)
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.
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
Рис. 11.8
Рис. 11.9
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.
Под действием напряжения, подведенного к якорю двигателя, в обмотке якоря появится ток Iя. При взаимодействии тока с магнитным полем индуктора возникает электромагнитный вращающий момент
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)
Из уравнения (11.3) можно получить формулы:
(11.4)
(11.5)
- 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.
Рассмотрим двигатель с параллельным возбуждением в установившемся режиме работы (рис. 11.14). Обмотка возбуждения подключена параллельно якорной обмотке.
, откуда
(11.6)
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 |
![]() Рис. 11.17 |
Уравнение механической характеристики двигателя последовательного возбуждения
выглядит следующим образом:![]() |
Предыдущая страница !![]() |
Содержание | ![]() |