Электротехника и электроника

10.Основнымнедостаткомасинхронногодвигателяявляется:

1) работа на переменном токе;

2) низкий КПД;

3) трудность плавного регулирования скорости;

4) невозможность использования в однофазной цепи.

Укажите правильный ответ.

11.В асинхронном двигателе скорость вращения ротора

вноминальном режиме равна 1410 оборотов в минуту. Чему

равна скорость вращения магнитного поля n0 (частота питающей сети 50 Гц)?

1) n0 = 3000 оборотов в минуту,

2) n0 = 4500 оборотов в минуту,

3) n0 = 1500 оборотов в минуту,

4) n0 = 1000 оборотов в минуту.

Укажите правильный ответ.

3.3. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА (МПТ)

Нарис. 3.39 показанаконструкциямашиныпостоянноготока.

Рис. 3.39. Конструкция машины постоянного тока: а – задний щит; б – станина с полюсами; в – якорь; г – траверса; д – передний щит

101

3.3.1. Конструкция МПТ

Упрощенный вариант конструкции представлен нарис. 3.40.

аб

Рис. 3.40. Конструкция МПТ: статор МПТ (а), якорь (б) и секция обмотки якоря (в): 1 – обмотка возбуждения; 2 – корпус; 3 – коллектор; 4 – сердечник; 5 – вал; 6 – секция обмотки якоря; 7 – пластины коллектора; 8 – пазы с обмоткой; 9 – дополнительные полюса;

10 – основные полюса

При работе МПТ в якоре протекает переменный ток, поэтому сердечник якоря делается из отдельных листов электротехнической стали. Полюса с обмоткой возбуждения служат для создания магнитного потока, дополнительные полюса – для улучшения коммутации.

Обмотка якоря состоит из секций, концы которых выводятся на пластины коллектора. К коллектору прижимаются графитовые щетки.

3.3.2.Назначение щеточно-коллекторного узла

1.Служит для связи обмоток якоря с внешней цепью.

2.Преобразует переменную ЭДС в якоре в постоянное напряжение на щетках, если машина работает в режиме генератора.

3.При работе в режиме двигателя осуществляет обратное преобразование для получения вращающего момента. При этом

102

постоянное напряжение сети преобразуется в переменное на обмотках якоря (рассмотреть самостоятельно).

4. Щетки делят обмотку якоря на параллельные ветви. При вращении проводника в магнитном поле (рис. 3.41, а)

ЭДС и ток в нем меняют свое направление (рис. 3.41, б). Наличие коллектора и щеток (рис. 3.42, а) позволяет выпрямить переменное напряжение, индуцируемое в проводниках обмотки якоря (рис. 3.42, б).

Рис. 3.41. НаправлениеЭДСвовращающемся проводнике

e

B

t

аб

Рис. 3.42. К вопросу о назначении коллектора и щеток на примере одного витка обмотки

Деление щётками обмотки якоря на параллельные ветви иллюстрируется на рис. 3.43.

Геометрическая нейтраль (ГН) – это линия, проходящая через центр якоря перпендикулярно оси основных полюсов.

103

S – площадь, которую пробегает проводник обмотки якоря при его вращении, S = lτ .

Используя закон Ампера, получим выражение для момента на валу (без вывода)

F = BlI M = Cm IФ.

Здесь Сm – конструктивная постоянная момента, I – ток якоря,

Ф – магнитный поток. В двигателе Е направлена против тока, в генераторе Е и I совпадают по направлению.

Рис. 3.44. Распределение индукции вдоль окружности якоря

105

3.3.4. Реакция якоря

Реакцией якоря называется влияние тока якоря на основной магнитный поток, создаваемый полюсами. Рассмотрим магнитное поле для трех случаев:

–есть только основной магнитный поток (рис. 3.45, а);

–есть только магнитный поток, создаваемый током якоря

(рис. 3.45, б);

–магнитное поле создается обоими магнитными потоками

(рис. 3.45, в).

Реакция якоря искажает картину магнитного поля (смещаетсяфизическая нейтраль) ивцеломуменьшает магнитный поток.

Физическая нейтраль – линия, проходящая через центр якоря перпендикулярно силовым магнитным линиям. Положение физической нейтрали зависит от величины тока якоря. Чем больше ток якоря, тем больше физическая нейтраль отклоняется от геометрической.

Рис. 3.45. Пояснения к вопросу о реакции якоря

106

3.3.5. Понятие коммутации

Под коммутацией понимают процесс перехода секции обмотки якоря при его вращении из одной параллельной ветви в другую и связанное с этим изменение направления тока в сек-

ции (рис. 3.46).

Рис. 3.46. К вопросу о коммутации

Когда щётка замыкает одновременно две пластины коллектора, создаётся дополнительный ток Iд. Этот ток при пере-

ходе щётки с одной пластины на другую вызывает искрение. Чем сильнее искрение, тем хуже коммутация, тем быстрее выходит из строя щеточно-коллекторный узел.

Дополнительный ток

Iд = f (ec , eвр ),

где ес – ЭДС самоиндукции (из-за изменения направления тока в секции); евр – ЭДС вращения (из-за отклонения физической нейтрали от геометрической).

Для улучшения коммутации в машинах с Р > 1 кВт делают дополнительные полюса, обмотка которых соединена последовательно с обмоткой якоря, а магнитный поток, создаваемый ими, направлен навстречу магнитному потоку якоря и компенсирует его. Правильно подбирая число витков, можно скомпенсировать не только евр, но и ес. В машинах меньшей мощности

107

для улучшения коммутации щетки смещают в сторону физической нейтрали.

3.3.6. Генераторы постоянного тока

Принцип действия генератора иллюстрируется диаграммой

Вал генератора принудительно вращается. По обмотке возбуждения (ОВ) протекает ток и создается магнитный поток. Проводники якоря при вращении пересекают силовые линии магнитного поля, и в проводниках индуцируется ЭДС, которая через щетки снимается с генератора.

Классификация генераторов по способу подключения обмоток возбуждения:

1. Генератор с независимым возбуждением (ГНВ). Обмотка возбуждения подключается к отдельному независимому источнику (рис. 3.47, а).

Рис. 3.47. Схемы включения генераторов

108

2.Генератор с параллельным возбуждением, шунтовой (ГПВ). Обмотка возбуждения подключается параллельно якорю

(рис. 3.47, в).

3.Генератор со смешанным возбуждением, компаундный (ГСВ). Магнитный поток создается двумя обмотками возбуждения. Одна из них (ОВ1) подключается параллельно якорю, другая (ОВ2) – последовательно (рис. 3.47, б).

Используя второй закон Кирхгофа, получаем уравнение электрического равновесия для якорной цепи

U = E − IяRя .

Характеристики генераторов

1. Характеристика холостого хода E = f (iв ) при Iя = 0 . Поскольку как E = CE nФ , вид характеристики холостого хода

(рис. 3.48, а) определяется видом зависимости магнитного потока Ф от тока возбуждения iв (кривой намагничивания стали, рис. 3.48, б).

Ветвь 1 снимается при первом испытании машины, ветвь 2 при последующих испытаниях. Остаточная ЭДС Е0 возникает из-за остаточной намагниченности, которая является свойством всех ферромагнитных материалов.

Рис. 3.48. Характеристика холостого хода (а) и кривая намагничивания стали (б)

109

2. Внешняя характеристика U = f (Iя ). Вид характеристи-

ки определяется уравнением электрического равновесия для якорной цепи

U= E – Iя Rя.

УГПВ уменьшение напряжения вызывает уменьшение тока возбуждения, а следовательно, уменьшение Ф и Е. У ГНВ Ф и Е неизменны (реакцией якоря пренебрегаем). По этой причине внешняяхарактеристика у ГПВидет круче, чем у ГНВ(рис. 3.49).

Рис. 3.49. Внешниехарактеристикигенераторов снезависимым(ГНВ) и параллельным (ГПВ) возбуждением (а) и смешанным возбуждением (б)

110