Литература / Пиотровский_Электрические_машины_учебник_1974

ния. Потери энергии в регулировочном реостате значительны и часто превосходят потери в двигателе. Реостат получается тяжелым и большим, так как должен быть рассчитан на большой ток и рассеи­ вать тепловую энергию. Условия охлаждения двигателя ухудшаются, так как потери в двигателе остаются почти без изменения, а произ­ водительность встроенного вентилятора уменьшается.

Недостатки этого способа регулирования — малая экономич­ ность и ухудшение условий охлаждения ограничивают его примене­ ние и он может быть использован в двигателях небольшой мощности или же при кратковременном понижении скорости вращения.

Изменение направления вращения якоря двигателя. При извест­ ном направлении тока в проводниках обмотки якоря и полярности главных полюсов направление вращения якоря (рис. 8-2, б) может быть определено по правилу левой руки (рис. В-4). Для изменения направления вращения якоря необходимо изменить направление тока в обмотке якоря или полярность главных полюсов, т. е. переключить два провода, идущие от зажимов якоря к сети, или два провода об­ мотки возбуждения.

8-4. Двигатель независимого возбуждения

Вэтом двигателе цепь якоря и цепь возбуждения присоединяются

кразличным источникам постоянного тока. Наиболее полно свой­ ства двигателя независимого возбуждения используются в агрегате

нескольких двигателей, то пуск одного из них осуществляется так же, как описано в § 8ГЗА, т. е. ограничение пускового тока произво­ дится пусковым реостатом. Для двигателей большой мощности пу­ сковая аппаратура получается тяжелой и дорогой, в ней расходуется много энергии в период пуска. В этом случае целесообразно исполь­ зовать схему рис. 8-16 и производить пуск двигателя (или нескольких двигателей, работающих в одинаковых режимах) при пониженном напряжении генератора, которое регулируется реостатом Вг в цепи возбуждения. При таком способе пуска отпадает необходимость в пу­ сковом реостате, снижается расход энергии и облегчается управле­ ние пусковой операцией.

Б. Рабочие характеристики двигателя. При номинальном напря­ жении на зажимах якоря и номинальном токе возбуждения рабочие

137

характеристики двигателя независимого возбуждения полностью совпадают с характеристиками двигателя параллельного возбужде­ ния (рис. 8-9). Такими же получаются характеристики скорости вращения якоря при различных токах возбуждения (рис. 8-10). Если для изменения наклона характеристики скорости вращения в цепь якоря включается нерегулируемое сопротивление, то в этом случае могут быть получены характеристики, аналогичные показан­ ным на рис. 8-10 линиями 5 и 6, однако для уменьшения расхода энергии эти характеристики целесообразно получить за счет выбора соответствующей внешней характеристики генератора.

Наличие отдельного источника для цепи якоря позволяет под­ держивать на зажимах якоря двигателя уменьшенное постоянное

преимущества двигателя независимого возбуждения проявляются при регулировании скорости вращения путем изменения напряже­ ния на зажимах якоря. Обычно регулирование скорости вращения ведется так, чтобы ток в обмотке якоря оставался приблизительно неизменным. При этом скорость вращения ниже номинальной изме­ няется напряжением на зажимах якоря при постоянном токе возбу­ ждения, а при скорости вращения выше номинальной — уменьше­ нием тока возбуждения двигателя при постоянном напряжении на зажимах якоря. На первой ступени остается постоянным вращаю­ щий момент двигателя, а мощность двигателя увеличивается пропор­ ционально скорости вращения, а на второй ступени мощность дви­ гателя остается постоянной, а вращающий момент изменяется об­ ратно пропорционально скорости вращения. Таким образом, па пер­ вой ступени регулирование ведется при постоянном моменте, а на второй ступени — при постоянной мощности двигателя.

Изменение направления вращения якоря двигателя производится изменением полярности генератора при помощи реостата і?г, вклю­ ченного по схеме делителя напряжения.

Если нагрузка на двигатель не постоянная, а резко изменяется в течение одного или нескольких оборотов якоря, то для выравнива­ ния скорости вращения и уменьшения мощности двигателя ПД целе­

138

сообразно на общем валу ПД — Г расположить маховик М, в кото­ ром запасается кинетическая энергия при уменьшении нагрузки двигателя Д и возвращается при увеличении этой нагрузки. Вырав­ нивающее действие маховика настолько велико, что позволяет вы­ брать номинальную мощность двигателя IIД меньше мощности дви­ гателя Д (рис. 8-16). Описанная система нашла применение в шахт­ ных установках для подъема клетей, на металлургических заводах для привода прокатных станов, в судовых установках для вращения гребных винтов. Она позволяет получить экономичный и плавный пуск двигателя и регулирование скорости вращения в диапазоне 10 : 1. Недостатком ее является большая стоимость, поэтому та­ кие схемы применяются в установках большой мощности.

8-5. Двигатель последовательного возбуждения

Схема включения двигателя последовательного возбуждения показана на рис. 8-18.

А. Пуск двигателя. Для ограничения пускового тока двигателя

ствие насыщения магнитной цепи и размагничивающего действия

Если не учитывать падение напряжения в цепи якоря и измене­ ние коэффициента кф, то скорость вращения якоря будет обратно пропорциональна току двигателя. Так же как в двигателе параллель­

139

ного возбуждения, падение напряжения в цепи якоря вызывает умень­ шение скорости вращения, а уменьшение магнитного потока при­ водит к увеличению скорости вращения. Однако обе эти причины не изменяют существенно указанной зависимости.

Если в полученном выражении (8-22) заменить ток по уравне­ нию (4-9) с учетом уравнения (8-3), то получится уравнение харак­ теристики скорости

из которого следует, что скорость вращения якоря изменяется почти обратно пропорционально корню квадратному из вращающего мо­ мента. При значительном увеличении нагрузки насыщение магнит­ ной цепи двигателя и размагничивающее действие реакции якоря ограничивают увеличение магнитного потока и скорость вращения якоря почти не изменяется (рис. 8-19). При малой нагрузке скорость вращения якоря может достичь недопустимо большой величины и для предупреждения аварии нагрузка не должна уменьшаться ниже чет­ верти номинальной или необходимо обеспечить автоматическое от­ ключение двигателя от сети при предельной скорости вращения.

Согласно ГОСТ 183-66, двигатели последовательного возбужде­ ния должны выдерживать без повреждений и остаточных деформа­ ций превышение скорости на 20% сверх наибольшей, указанной па щитке, но не менее чем на 50% номинальной.

В двигателях малой мощности возрастающие механические по­ тери ограничивают скорость вращения якоря безопасной для целости якоря величиной даже при отсутствии нагрузки.

Зависимость тока двигателя от вращающего момента получается

При нагрузке двигателя свыше 0,8 номинальной уменьшение кф приводит к тому, что зависимость I = / (М2) приближается к линей­ ной (рис. 8-19).

Полезная мощность Р2 = М2со = Л/2-2яге/60 с увеличением на­ грузки увеличивается медленнее, чем вращающий момент, вследствие значительного уменьшения скорости вращения (рис. 8-19).

Подведенная мощность Рх = UCI пропорциональна току двига­ теля и также увеличивается медленнее вращающего момента

(рис. 8-19).

Характеристика к. п. д. ц = / (М2) имеет такой же вид, как и для ранее рассмотренных двигателей (рис. 8-19).

Перечисленные характеристики могут быть построены также и для других условий, отличных от указанных, т. е. когда напряже­ ние на зажимах двигателя не остается номинальным или когда ток в обмотке возбуждения не равен току в обмотке якоря за счет вклю­ чения реостата і?Ра последовательно с обмотками двигателя или вклю­

140

чения реостатов Пшв или Еша параллельно одной из обмоток

(рис. 8-20).

Если реостат включен параллельно обмотке возбуждения, т. е. замкнут рубильник Р1 (рис. 8-20), то ток в обмотке возбуждения становится меньше, чем в обмотке якоря, и уменьшение магнитного потока приводит к увеличению скорости вращения (линия 1 на рис. 8-21).

Если реостат включен параллельно обмотке якоря, т. е. замкнут рубильник Р2 (рис. 8-20), то ток в обмотке возбуждения становится больше, чем ток в обмотке якоря, следовательно, увеличивается магнитныи поток и скорость враще­ ния уменьшается, особенно при малых нагрузках (линия 4,

рис. 8-21).

В обоих случаях предполагается, что на зажимах двигателя на­ пряжение остается номинальным.

При включенном в цепь якоря регулировочном реостате RPa падение напряжения в цепи якоря увеличивается и это приводит к понижению характеристики скорости в области больших нагрузок (линия 3).

При неизменном уменьшенном напряжении на зажимах двига­ теля характеристика скорости понижается почти пропорционально напряжению (линия 5). Для сравнения линией 2 показана естествен­ ная характеристика скорости.

В. Регулировочные характеристики двигателя. Из уравнения (8-22) следует, что скорость вращения якоря можно регулировать путем изменения тока возбуждения, напряжения сети или падения напря­ жения в цепи якоря.

Регулирование скорости вращения изменением тока возбуждения.

При обычной схеме включения обмоток двигателя ток в обмотке возбуждения равен току в обмотке якоря. Для изменения тока воз-

141

буждення можно включить реостат параллельно обмотке возбужде­ ния или обмотке якоря (рис. 8-20). При разомкнутых рубильни­ ках Р1 и Р2 и выведенном реостате Нра скорость вращения щ для вращающего момента М2 устанавливается по естественной характе­ ристике скорости (рис. 8-19 или 8-21). Если замкнуть рубильник Р1, то ток возбуждения уменьшится. Скорость вращения в первый мо­ мент времени останется без изменения и вследствие уменьшения э. д. с. ток в цепи якоря увеличится. Процесс будет происходить, как показано на рис. 8-12. При новом установившемся режиме ра­ боты ток в обмотке якоря будет больше тока двигателя до начала регулирования. Если нагрузочный момент остается неизменным, то скорость вращения изменяется почти

ния мало, то сопротивление шунтирующего реостата также мало, следовательно, малы и потери в этом реостате. При повышении скорости вращения условия коммутации ухудшаются и ограничивают верхний предел скорости вращения якоря, который обычно не пре­ восходит 1,4 номинальной. Аналогичное увеличение скорости вра­ щения можно получить, если выполнить обмотку возбуждения сек­ ционированной, т. е. сделать отводы от некоторых витков катушки возбуждения и производить изменение намагничивающей силы об­ мотки возбуждения путем включения различного количества витков. Этот способ регулирования скорости вращения более экономичен, однако стоимость двигателя получается более высокой.

Если вместо рубильника Р1 замкнуть рубильник Р2, то ток воз­ буждения увеличится и это приведет к замедлению якоря, пока не наступит равновесие между вращающим и тормозным моментом при уменьшенной скорости вращения. Падение напряжения на шунти­ рующем обмотку якоря реостате равно напряжению сети за вычетом падения напряжения в обмотке возбуждения, поэтому потери в рео­ стате велики и значительно понижают к. п. д. двигателя. Продолже-

142

ние регулировочной характеристики при токе возбуждения, большем тока якоря, показано отрезком Ъс на рис. 8-22. С увеличением тока возбуждения скорость вращения якоря уменьшается, однако это уменьшение ограничивается насыщением магнитной цепи двигателя.

Регулирование скорости вращения изменением напряжения на зажимах двигателя. При этом способе регулирования в цепь якоря включают реостат RVa или понижают напряжение на зажимах дви­ гателя другим способом. Процесс изменения скорости вращения про­ исходит почти так же, как в двигателе параллельного возбуждения

Рис. 8-23. Включение двух двигателей: а — параллельпое,- б — последовательное

(рис. 8-14), но в переходном режиме необходимо учитывать изменение э. д. с. Регулировочная характеристика п = / (U) совпадает с пока­ занной на рис. 8-15.

К. п. д. при этом способе регулирования скорости вращения может быть увеличен в транспортных установках, когда на каждой оси моторного вагона устанавливается ведущий двигатель.

Понижение напряжения на зажимах двигателя достигается по­ следовательным включением их в сеть (рис. 8-23). При наличии двух двигателей можно получить две ступени скорости, промежуточные ступени получаются при включении в цепь якоря добавочного со­ противления.

8-6. Двигатель смешанного возбуждения

Двигатель смешанного возбуждения имеет две обмотки возбужде­ ния, одна из них включена параллельно обмотке якоря, а вторая последовательно. Соотношение между намагничивающими силами обмоток может быть различным, но обычно одна из обмоток создает большую намагничивающую силу и эта обмотка называется основ­ ной, вторая обмотка называется вспомогательной. Обмотки возбуж­ дения могут быть включены согласно или встречно, и соответственно магнитный поток создается суммой или разностью намагничивающих сил обмоток. Если обмотки включены согласно, то характеристики

143

тики двигателя смешанного возбуждения приближаются к характеристикам двигателя параллельного или последовательного возбуждения, смотря по тому, какая из обмоток возбуждения играет главную роль.

Гла в а девятая

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ОБЩЕГО И СПЕЦИАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ

9-1. Машины постоянного тока единой серии П

Для удовлетворения потребностей народного хозяйства разработаны и изготовляются машины единой серии П. Главная часть этой серии охватывает генераторы и двигатели номинальной мощности 0,3—200 кет (при скорости вращения 1500 об/мин в режиме двигателя).

Машины всей серии имеют 11 различных диаметров якоря п столько же диаметров станины. Каждому диаметру соответствует две длины машины.

Основное исполнение машин серии П брызгозащпщенное с горизонтальным пли вертикальным расположением вала и различными вариантами установки и

крепления.

Охлаждение машины осуществляется вытяжной самовентиляцией с осевым направлением воздушного потока. Центробежный вентилятор расположен на валу со стороны противоположной коллектору.

Коробка зажимов у машин меньших восьми диаметров расположена на боковой части станины, а у машин больших диаметров — на торце щита со стороны коллектора.

В коробке выводов могут быть размещены фильтры для ограничения радио­ помех.

Приводной конец вала выполнен цилиндрическим со стороны противополож­ ной коллектору.

144

На рис. 1-5 представлены две проекции машины шестого диаметра первой длины П-61.

Возбуждение всех генераторов серин П смешанное, обеспечивающее почти постоянное напряженно в пределах изменения нагрузки от нулевой до номи­ нальной. Напряжение генераторов 115 и 230 в. Скорость вращения 2850 и 1450 об/мин. Генераторы допускают понижение напряжения до 0,75 номи­ нального.

Для зарядки аккумуляторных батарей и для других целей в единой серии предусмотрено выполнение генераторов параллельного возбуждения с номи­ нальным напряжением 135 и 270 в и регулированием напряжения в пределах

110—160 и 280—320 в.

При регулировании напряжения от номинального до максимального мощ­ ность генератора должна сохраняться постоянной, равной номинальной. При уменьшении напряжения от номинального до минимального ток генератора должен оставаться номинальным, а мощность снижается пропорционально на­ пряжению.

Все двигатели единой серии изготовляются с параллельной и последова­ тельной (стабилизирующей) обмотками возбуждения (§ 8-3).

Скорость вращения двигателей 3000, 1500, 1000 и 750 об/мин, для мощ­ ности начиная с 19 кет — 600 об/мин. Почти все двигатели допускают увеличение скорости вращепия в два раза путем уменьшения тока возбуждения, кроме двигателей на 3000 об/мин, для которых наибольшая скорость вращения не должна превосходить 3450 об/мин. Напряжение для двигателей ПО п 220 в.

Предусмотрено также выполнение двигателей с номинальной скоростью вращения 2200 об/мин при диаметрах якоря с первого по восьмой, а также для напряжений 440 в начиная с четвертого диаметра.

При специальном выполнении параллельной обмотки возбуждения пли при включении реостата в цепь возбуждения скорость вращения повышается с 1500 до 1700—1800 об/мин у двигателей с первого по восьмой диаметр и с 1000 до 1150—1250 об/мин у двигателей с диаметром 9-10. Такие двигатели предназна­ чены для плавного регулирования скорости вращения до 100 об/мин умень­ шением напряжения на зажимах якорной цепи.

В единой серии предусмотрено также выполнение двигателей с различными пределами (1 : 21/4, 1 : 3 и 1 : 4) увеличения скорости вращения выше номиналь­ ной путем уменьшения тока возбуждения. Начиная с четвертого диаметра выпол­ няются двигатели с пределами регулирования скоростей вращения 1 : 6 и 1 : 8, для этих двигателей используется схема раздельного включения катушек об­ мотки возбуждения. Номинальные скорости вращения паходятся в пределах 220—1500 об/мин, максимальная скорость вращения 3000—3400 об/мин.

Для первой группы двигателей охлаждение осуществляется самовецтиляцпей, для второй группы — независимой вентиляцией.

Кроме основного брызгозащищениого исполнения машин серии П, преду­ смотрено закрытое исполнение машин первых шести диаметров с естественным воздушным охлаждением станины (обозначение ПБ), закрытое исполнение пер­ вых четырех диаметров с усиленным охлаждением наружной поверхности станины воздушным потоком от вентилятора, расположенным на выступающем конце вала (обозначение ПО) и двигателей больших диаметров — с охлаждением внутреннего воздуха в -радиаторе, установленным сверху машины (обозначе­ ние ПР).

Единая серия П машин постоянного тока диаметров 12—17 является про­ должением единой серии П диаметров 1 — 11 в область больших мощностей. Этот отрезок серии охватывает машины от 55 кет при 300 об/мин до 1400 кет

при 1000 об/мин.

Каждому диаметру, обычно, соответствуют три длины машины. Двигатели с уменьшенным моментом инерции якоря имеют значительно больше (до девяти) размеров длины машины при одном и том же диаметре ее.

Машины выполняются каплсзащшцешшми, бры'згозащшценныміі и закры­ тыми.

Для охлаждепия машин применяется как самовентпляцпя, так и независи­ мая вентиляция. Независимая вентиляция может быть выполнена разомкнутой и замкнутой (при закрытом исполнении машины).

145

Возбуждение генераторов и двигателей независимое с напряжением НО и 220 в. Машины для напряжения 230 и 460 в (220 и 440 в) выполняются также с самовозбуждением.

Генераторы выпускаются как с компенсационной обмоткой, так и без нее. Генераторы с компенсационной обмоткой, предназначенные для работы на сеть постоянного тока или на двигатели с регулированием скорости вращения изменением тока возбуждения, снабжаются последовательной обмоткой возбу­

ждения.

Генераторы с самовозбуждением допускают уменьшение напряжения до 0,85 номинального.

Генераторы с компенсационной обмоткой и двигатели допускают при работе часто повторяемые перегрузки.

Все двигатели серии П выполняются с компенсационной обмоткой. Регули­ рование скорости вращения двигателей возможно в пределах 1 : 4—1 : 5 путем уменьшения тока возбуждения. Такие двигатели снабжаются последовательной обмоткой возбуждения, усиливающей магнитный поток основной обмотки воз­ буждения для увеличения наклона характеристики скорости вращения.

Кроме изготовляемых в настоящее время машин серии П, в эксплуатации находится большое количество машин постоянного тока прежних выпусков серин ПН, мощностью 0,25—200 кет в режиме генератора и 0,37—130 кет — в режиме двигателя, серии МП и других.

9-2. Генераторы для дуговой сварки

Сварочпые генераторы относятся к машинам пониженного напряжения. Они должны удовлетворять следующим основным требованиям: 1) выдержи­ вать режим короткого замыкания, который имеет место при работе сварщика

поставленных условий достигается тем, что внешняя характеристика свароч­ ного генератора имеет сильно падающий характер. Для получения указанной характеристики используются сварочные генераторы различных типов.

Принципиальная схема сварочного генератора с третьей щеткой показана на рис. 9-1. Номинальные данные генератора: UH= 35 в, п = 1450 об/мин, I = 260 а при продолжительной работе. Якорь генератора выполняется обычным образом. Индуктор состоит из четырех главных полюсов и двух добавочных. Главные полюсы — Slt песколько смещенные относительно вертикали и имеющие вырезы для увеличения нх магнитного насыщения, называются про­ дольными. Полюсы N 2 — S2, расположенные по горизонтали, называются попе­ речными. Обмотки возбуждения продольных и поперечных полюсов включаются

146