Учебное пособие 800401

д) Построить в одной системе координат характеристи-

ки: I1, P1, cosφ1, / , U2 = f (P2).

Основные характеристики трансформатора имеют вид, показанный на рис. 1.15.

Рис. 1.15. Характеристики трансформатора

5. Произвести анализ результатов испытания трансформатора в различных режимах и сделать соответствующие выводы.

61

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Объясните устройство и принцип действия испытуемого трансформатора.

2.Уравнения электрического состояния первичной и вторичной обмоток трансформатора.

3.Определение коэффициента трансформации.

4.Объясните порядок проведения и принцип выбора приборов для выполнения опыта холостого хода, короткого замыкания, для испытания трансформатора под нагрузкой.

5.В чём отличие опыта короткого замыкания от аварийного режима короткого замыкания?

6.Какие величины определяются по данным опыта холостого хода, короткого замыкания и испытания трансформатора под нагрузкой, объясните смысл и изменение этих величин.

7.Потери мощности и коэффициент полезного действия трансформатора.

8.Объясните смысл величин, указанных в паспорте трансформатора.

9.Определение коэффициента нагрузки, при котором к.п.д. имеет максимальное значение.

10.Внешняя характеристика трансформатора и её по-

строение.

11.Рабочие характеристики трансформаторов.

62

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Цель работы: Изучить устройство и принцип действия двигателя постоянного тока; ознакомиться с процессами его пуска, остановки и реверсирования; исследовать двигатель в нагрузочном режиме работы и режиме холостого хода.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Несмотря на преимущественное распространение электроэнергии переменного тока в ряде отраслей промышленности широко используется и постоянный ток. В связи с этим находят широкое применение электрические машины постоянного тока.

Двигатели постоянного тока предназначены для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую энергию, которая передается через вал рабочему органу приводного механизма.

Двигатели постоянного тока обладают важными преимуществом перед другими электродвигателями: они позволяют плавно и в широких пределах регулировать скорость вращения и обладают большим пусковым и перегрузочными моментами, сравнительно высоким быстродействием, что важно при реверсировании и торможении.

Двигатели постоянного тока применяются:

-в электроприводах главного движения и подач металлорежущих станков, штамповочных машин, роботов и манипуляторов, прокатных станов металлургического производства, некоторых типов грузоподъемных механизмов;

-в тяговых электроприводах транспортных средств мощных тягачей различного назначения, трамваев, троллейбусов, тепловозов;

-в электроприводах роторов мощных снегоочистителей;

63

- как исполнительные элементы автоматических систем управления технологическими процессами и производственными установками.

Достаточно широкое применение получают и генераторы постоянного тока. Это генераторы для питания электролитических ванн и высококачественной сварки; генераторы автономных объектов: железнодорожных вагонов, автомобилей, судов и самолетов.

Машины постоянного тока выполняются на различные мощности (от нескольких тысяч кВт для прокатных станов до долей Вт для систем автоматики), имеют разные напряжения (от 6 до 30000 В) и скорости вращения, а также различные конструктивные исполнения.

Различают три основных конструктивных исполнения электрических машин:

1)открытые машины – не имеют специальных приспособлений для предохранения от случайного прикосновения к вращающимся и токоведущим цепям. Такие машины применяются очень редко.

2)защищенные машины – имеют приспособления для защиты токоведущих и вращающихся частей и предохраняющие машину от попадания внутрь посторонних тел, водяных капель и брызг.

3)закрытые машины. Внутреннее пространство таких машин совершенно отделено от внешней среды. Они применяются в пыльных помещениях и на открытом воздухе. Частным случаем таких машин являются взрывозащищенные (взрывобезопасные) и герметические машины.

КОНСТРУКЦИЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

Машины постоянного тока – обратимые. Они могут работать и как генератор и как двигатель. Конструктивно генераторы и двигатели постоянного тока устроены одинаково. На рис. 2.1 показан продольные разрез двигателя постоянного тока.

64

Рис. 2.1. Конструкция двигателя постоянного тока: 1-коллектор, 2 - щеточный аппарат, 3 – якорь, 4 – главные полюса, 5 – катушка обмотки возбуждения, 6 – станина, 7 и 12 подшипниковые щиты, 8 - вентилятор, 9 – лобовые части обмотки статора, 10 - вал, 11 – лапы [4]

Машины постоянного тока состоит из двух основных частей: статора – неподвижной части и подвижной части – ротора. В машинах постоянного тока ротор называется якорем.

Статор состоит из стального корпуса (станины) 6, к которому прикреплены главные 4 и дополнительные полюса. На главных полюсах расположена обмотка возбуждения 5, на дополнительных – обмотка дополнительных полюсов. Обмотка возбуждения создает магнитный поток Ф машины.

При помощи станины машина крепится к фундаменту. Часть станины, которая служит для проведения магнитного потока основных и добавочных полюсов называется ярмом. Изго-

65

тавливается из стали, реже из чугуна, с разъемом или без него. При диаметре якоря Dа 0,35 0,4м к станине крепятся под-

шипниковые щиты. При диаметре щита более 1м обычно применяют стояковые подшипники, устанавливаемые на фундаментной плите машины.

Основные (главные) полюсы служат для создания основного магнитного потока. Состоят из сердечника, набираемого на шпильках из листовой электротехнической стали толщиной 0,5 – 1,0 мм. Сердечник со стороны якоря имеет полюсный наконечник или башмак, который служит для лучшего распределения магнитного потока в воздушном зазоре и для крепления обмотки. На сердечнике располагается катушка обмотки возбуждения. Катушка наматывается на каркас или применяется бескаркасная намотка обмотки возбуждения. Основные полюса крепятся к станине при помощи болтов.

Добавочные полюсы служат для обеспечения безискровой работы щеток на коллекторе. Также как и основные состоят из сердечника (массивного или из листовой стали) и обмотки. Крепятся к станине болтами строго посередине между основными полюсами.

На валу 10 двигателя расположен ротор (якорь) 3 двигателя. Якорь машины постоянного тока в настоящее время выполняется, как правило, барабанного типа. Он состоит из: сердечника якоря, набираемого из листовой электротехнической стали толщиной 0,35 – 0,5 мм. Листы предварительно штампуются и насаживаются непосредственно на вал либо на втулку (при Da≥0,4 м), которая помещается на вал. Для уменьшения потерь от вихревых токов листы изолируются друг от друга лаковой или оксидной пленкой.

В сердечнике якоря в зависимости от выбранной системы вентиляции и мощности машины могут выполняться аксиальные или радиальные вентиляционные каналы. В последнем случае сердечник якоря по длине разбивается на отдельные пакеты толщиной 5÷10 мм. С торцов сердечник якоря спрессовывается при помощи нажимных приспособлений, которые кре-

66

пятся на валу или стягиваются болтами (шпильками). В машинах малой мощности листы сердечника склеиваются.

На наружной поверхности сердечника якоря имеются пазы, равномерно распределенные по окружности, в которые укладывается обмотка якоря. Обмотка выполняется из специальных медных обмоточных проводов круглого или прямоугольного сечения. Элементы обмотки тщательно изолируются между собой и от сердечника и закрепляются в пазах при помощи клиньев или бандажей из стальной проволоки. Части обмотки, выступающие с торцов сердечника (лобовые соединения) крепятся бандажами.

Секции обмотки якоря присоединены к коллектору 1. К нему же прижимаются пружинами неподвижные щетки 2. Дополнительные полюса с расположенной на них обмоткой уменьшают искрение между щетками и коллектором машины. Обмотку дополнительных полюсов соединяют последовательно с обмоткой якоря и на электрических схемах часто не изображают.

Кроме двигателей, имеющих два главных полюса, существуют машины постоянного тока с четырьмя и бόльшим количеством главных полюсов. При этом соответственно увеличивается количество дополнительных полюсов и комплектов щеток.

На корпусе также расположены табличка с паспортными данными и клеммная коробка.

Клеммы на щитке коробки маркируются: начало и конец обмотки якоря А1 и А2; параллельной обмотки возбуждения – Е1 и Е2 , обмотки дополнительных полюсов – В1 и В2 .

Обмотка якоря присоединяется к коллектору, закрепленному на валу машины. Обычно коллектор выполняется цилиндрического типа, реже торцевого.

С помощью коллектора, и щеток осуществляется соединение обмотки якоря с внешней электрической цепью. У двигателей они, кроме того, служат для преобразования постоянного по направлению тока внешней цепи в изменяющийся по

67

направлению ток в проводниках обмотки якоря.

Продольный разрез цилиндрического коллектора приведен на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Продольный разрез коллектора [2]

Коллектор состоит из коллекторных пластин (ламелей) 1, изолированных друг от друга и от элементов крепления миканитовыми прокладками и манжетами 2. С торцов пластины стягиваются нажимными конусами (фланцами) 3. Благодаря специальному выступу (ласточкину хвосту) пластины сжимаются между собой, образуя жесткую конструкцию. Затем коллектор обтачивается, чтобы его рабочая поверхность была строго цилиндрической. Для соединения обмотки якоря с внешней цепью служит щеточный аппарат. Обычно он состоит из щеточной траверсы с пальцами и щеткодержателей со щетками. Щеткодержатель состоит из обоймы, в которой располагается щетка, и нажимной пружины, прижимающей щетку к коллектору. Все одноименные щетки соединяются между со-

68

бой сборными шинами, которые выводятся на зажимы машины, как концы обмотки якоря. Обмотка якоря впаивается непосредственно в выступающие части коллекторных пластин 4 или при помощи специальных соединительных проводников (петушков), если разница в диаметрах коллектора и якоря велика

[2].

КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

Классификация машин постоянного тока представлена на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Способы возбуждения машин постоянного тока [3]

Машины постоянного тока (двигатели и генераторы) различают по способу включения обмоток главных полюсов или возбуждения в сеть (рис. 2.3):

69

машины постоянного тока с независимым возбуждением (рис. 2.3, а), электрическая цепь обмотки возбуждения является независимой от силовой цепи ротора; для генераторов это практический единственный вариант схемного решения;

машины постоянного тока с параллельным возбуждением (рис. 2.3, б), обмотка возбуждения включается параллельно с цепью якоря;

машины постоянного тока с последовательным возбуждением (рис. 2.3, в) обмотка статора включается последовательно с обмоткой ротора, что обуславливает зависимость магнитного потока от тока якоря; на практике такой способ возбуждения используются редко;

машины постоянного тока со смешанным возбуждением (рис. 2.3, г), присутствуют две обмотки возбуждения: параллельно и последовательно включенные с цепью якоря.

На рисунках сплошные стрелки показывают направления токов в режиме генератора, штриховые - в режиме двигателя.

ПРИНЦИП РАБОТЫ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА РЕЖИМ ГЕНЕРАТОРА

Рассмотрим сначала работу машины в режиме генератора. Предположим, что якорь машины (рис. 2.4, а) приводится во вращение по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря индуктируется ЭДС, направление которой может быть определено по правилу правой руки (рис. 2.5, а).

Поскольку поток полюсов предполагается неизменным, то эта ЭДС индуктируется только вследствие вращения якоря и называется ЭДС вращения. Величина индуктируемой в про-

воднике обмотки якоря ЭДС

eпр Blv ,

где B — величина магнитной индукции в воздушном зазоре между полюсом и якорем в месте расположения проводника; l — активная длина проводника, т. е. та длина, на протя-

70