Вопрос 2. Принцип действия машины постоянного тока в генераторном и двигательном режимах. Направление тока, эдс, электромагнитного момента.

Электрическая машина предназначена для преобразования механической энергии в электрическую (генератор), электрической в механическую (двигатель) или электрической энергии одного вида в электрическую энергию другого вида (преобразователь).

Принцип действия генератора состоит в том, что при передвижении проводника длиной l со скоростью v перпендикулярно магнитным линиям в поле с индукцией В в нём по закону электромагнитной индукции возникает ЭДС e=Blv.

Если замкнуть концы проводника через сопротивление, то ЭДС создаст ток. Направления ЭДС и тока у генератора всегда совпадают.

Ток взаимодействуя с магнитным потоком, в котором он находится, создаёт силу выталкивания проводника из магнитного поля, равную f_m=Bil.

Сила взаимодействия f_m проявляется как реакция на внешнюю силу перемещения проводника. Она равна и направлена противоположно внешней силе.

Принцип действия двигателя состоит в следующем: если к проводнику, находящемуся в магнитном поле, подвести напряжение, т. е. пропустить через него ток, то проводник под действием возникшей силы f_m начнёт перемещаться. При перемещении вследствие пересечения проводником магнитного поля в нём возникает ЭДС, проявляющаяся как реакция на подведённое напряжение. Поэтому ЭДС в двигателе всегда направлена навстречу току.

Вопрос 3. Асинхронный двигатель с двойной «беличьей клеткой». Частотное регулирование частоты вращения ад. Как изменяется при этом механические характеристики.

Двухклеточные двигатели имеют на роторе две короткозамкнутые беличьи клетки, одна из которых представляет собой так называемую пусковую обмотку, а вторая — рабочую. Рабочая обмотка выполняется из медных стержней и размещается в нижних частях пазов, а пусковая обмотка изготовляется из латунных или бронзовых стержней и располагается в верхних частях пазов, ближе к воздушному зазору. Сечение стержней пусковой обмотки может быть несколько меньше, чем у рабочей обмотки. Однако сечение и теплоемкость стержней пусковой обмотки должны быть достаточно велики, чтобы предотвратить чрезмерный нагрев этой обмотки при пуске. Иногда рабочую и пусковую обмотки размещают в отдельных пазах (рис. 27-5, а справа). В связи со сказанным активное сопротивление пусковой обмотки r_п обычно в 2—4 раза больше активного сопротивления r_р рабочей обмотки. Наоборот, индуктивное сопротивление рассеяния пусковой обмотки х_оп в несколько раз меньше, чем х_оp рабочей обмотки, поскольку последняя утоплена глубоко в стали сердечника ротора.

Вращающееся магнитное поле двигателя индуктирует в обеих обмотках ротора одинаковые э. д. с.

При пуске вследствие большой частоты тока ротора индуктивное сопротивление рабочей обмотки относительно велико и значительно больше полного сопротивления пусковой обмотки. Поэтому при пуске нагружена током в основном только пусковая обмотка, и ввиду большой величины ее активного сопротивления двигатель развивает большой пусковой момент. При разбеге двигателя частота тока ротора уменьшается, и при нормальной скорости вращения (s = 0,02 ÷ 0,05) индуктивные сопротивления рассеяния обмоток ротора будут в 20—50 раз меньше, чем при пуске. Поэтому в рабочем режиме активные сопротивления обмоток ротора значительно больше индуктивных и полные сопротивления обмотки определяются величинами активных сопротивлений. Вследствие этого при работе двигателя полное сопротивление рабочей обмотки значительно меньше, чем полное сопротивление пусковой, и током нагружена главным образом рабочая обмотка. Ввиду малости активного сопротивления этой обмотки двигатель имеет хороший к. п. д.

Таким образом, в двухклеточном двигателе при пуске происходит вытеснение тока ротора по направлению к воздушному зазору.

В пусковой обмотке двухклеточного двигателя при тяжелых условиях пуска (большой маховой момент приводимого агрегата и пуск под нагрузкой) выделяется большое количество тепла, и эта обмотка при пуске соответственно удлиняется, в то время как рабочая обмотка при пуске остается холодной и не удлиняется. Поэтому во избежание нарушения сварных соединений стержней с торцовыми короткозамыкающими кольцами стержни пусковой и рабочей обмоток присоединяются к отдельным кольцам.

Регулирование скорости изменением первичной частоты (частотное регулирование) требует применения источников питания с регулируемой частотой (синхронные генераторы с переменной скоростью вращения и др.). Поэтому данный способ регулирования используется

главным образом в случаях, когда для целых групп двигателей необходимо повышать (n > 3000 об/мин) скорости вращения (например, ручной металлообрабатывающий инструмент, некоторые механизмы деревообрабатывающей промышленности и др.) или одновременно и плавно их регулировать (например, двигатели рольгангов мощных прокатных станов и др.). С развитием полупроводниковых преобразователей все более перспективным становится также индивидуальное частотное регулирование скорости вращения двигателей. Схему короткозамкнутого асинхронного двигателя с частотным управлением при помощи полупроводниковых преобразователей можно получить, если на схеме заменить явно-полюсный ротор на ротор с обмоткой в виде беличьей клетки и питать эту схему от сети переменного тока через полупроводниковый выпрямитель. Управление инвертором при этом производится особым преобразователем частоты вне зависимости от положения ротора двигателя. Величина напряжения регулируется, с помощью выпрямителя.

Если пренебречь относительно небольшим падением напряжения в первичной цепи асинхронного двигателя, то

U₁=E₁= 4,44f₁w₁r_об1Ф

Существенное изменение величины потока Ф при регулировании n нежелательно, так как увеличение Ф против нормального вызывает увеличение насыщения магнитной цепи и сильное увеличение намагничивающего тока, а уменьшение Ф вызывает недоиспользование машины, уменьшение перегрузочной способности и увеличение тока I₂ при том же значении М и т. д. Поэтому в большинстве случаев целесообразно поддерживать Ф = const. При этом следует, что одновременно с регулированием частоты пропорционально ей необходимо изменять также напряжение, т. е. поддерживать

U₁/f₁₌const.

Отступление от этого правила целесообразно только в случаях, когда М_ст быстро уменьшается с уменьшением n (например, приводы вентиляторов, когда М_ст =n²), в этом случае более быстрое уменьшение по сравнению с f₁ вызывает уменьшение Ф и улучшает энергетические показатели двигателя и в то же время уменьшение М_m с точки зрения перегрузочной способности не опасно.

При широком диапазоне регулирования правильнее поддерживать

Ф=Е₁/f₁₌const.

К недостаткам частотного регулирования относится громоздкость и высокая стоимость питающей установки.

Закон частотного регулирования:

Билет 12

1)

2) КЛАССИФИКАЦИЯ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА Классификация генераторов постоянного тока производится по способу их возбуждения. Они подразделяются на генераторы с независимым возбуждением и самовозбуждением.Генераторы первого типа выполняются с электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением. В генераторах с электромагнитным возбуждением обмотка возбуждения, располагаемая на главных полюсах, подключается к независимому источнику питания (рис. 1, а). Ток в цепи возбуждения I_в может изменяться в широких пределах с помощью переменного резистора R_a. Мощность, потребляемая обмоткой возбуждения, невелика и в номинальном режиме составляет 1-5 % номинальной мощности якоря генератора. Обычно процентное значение мощности возбуждения уменьшается с возрастанием номинальной мощности машины.Генераторы с магнитоэлектрическим возбуждением возбуждаются постоянными магнитами, из которых изготовляются полюсы машины. С таким видом возбуждения выполняются генераторы относительно небольшой мощности, которые применяются в специальных случаях. Недостатком генераторов с магнитоэлектрическим возбуждением является трудность регулирования напряжения.У генераторов с самовозбуждением обмотка возбуждения получает питание от собственного якоря. В зависимости от способа ее включения генераторы с самовозбуждением подразделяются на генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.

 Схема соединения генератора параллельного возбуждения показана на рис. 1,б. Переменный резистор R_B дает возможность изменять ток возбуждения I_в и, следовательно, выходное напряжение. Ток якоря I_a у этого генератора равен I_a = I + I_в, где I - ток нагрузки. Ток возбуждения относительно мал и для номинального режима составляет 1-5 % номинального тока машины.

У генератора последовательного возбуждения обмотка возбуждения соединяется последовательно с якорем и ее ток возбуждения равен току якоря и току нагрузки: I_в = I_a =I (рис. 1, в).

У генераторов смешанного возбуждения (рис. 1, г) на полюсах размещаются две обмотки. Одна из них, имеющая большое число витков и выполненная из проводников относительно небольшого сечения, включается параллельно с якорем, а другая обмотка с малым числом витков из проводников большого сечения включается последовательно с якорем. Ток якоря такого генератора равен I_a = I + I_в.

У этих генераторов параллельная и последовательная обмотки могут быть включены согласно (МДС этих обмоток направлены одинаково) и встречно (их МДС направлены противоположно). В зависимости от этого различаются генераторы смешанного согласного включения и генераторы смешанного встречного включения. Обычно в генераторах смешанного возбуждения основная часть МДС возбуждения создается параллельной обмоткой. Генераторы параллельного, последовательного и смешанного возбуждения иногда называют соответственно генераторами шунтового, сериесного и компаундного возбуждения.

Согласно ГОСТ 183-74 для машин постоянного тока принято следующее обозначение выводов обмоток: обмотки якоря Я1-Я2, параллельной обмотки возбуждения Ш1-Ш2, последовательной обмотки возбуждения С1-С2, обмотки дополнительных полюсов Д1-Д2, компенсационной обмотки К1-К2. Цифра 1 обозначает начало, а 2 - конец обмотки.