Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения

Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения

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.

ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Классификация и основные уравнения генераторов

Генераторы постоянного тока являются источниками постоянного тока, в которых осуществляется преобразование механической энергии в электрическую. Генераторы постоянного тока находят применение в тех отраслях промышленности, где по условиям производства необходим или предпочтителен постоянный ток (на предприятиях цветной металлургии при использовании электролиза, железнодорожном, городском и водном транспорте, в авиации и др.). Кроме того, они широко используются в качестве возбудителей синхронных генераторов.

Рис. 5.41. Электрические схемы генераторов постоянного тока с электромагнитным возбуждением: а — независимым; б — параллельным; в — последовательным; г — смешанным; ОДП — обмотка добавочных полюсов; ОВ обмотка возбуждения; ОВС обмотка последовательного возбуждения

(сериесная); ОВШ — обмотка параллельного возбуждения (шунтовая)

Классификация генераторов постоянного тока производится по способу их возбуждения, т. е. различают генераторы с независимым возбуждением и самовозбуждением. Независимое возбуждение может быть электромагнитным или магнитоэлектрическим.

В генераторах с электромагнитным возбуждением обмотка возбуждения, расположенная на главных полюсах, подключается к независимому источнику питания (рис. 5.41, а). Ток в цепи возбуждения 1_К изменяют в широких пределах с помощью регулировочного реостата R_B ? Мощность, потребляемая обмоткой возбуждения, невелика и в номинальном режиме составляет 1-5 % номинальной мощности генератора. Обычно относительное значение мощности возбуждения уменьшается с возрастанием номинальной мощности машины.

В генераторах с магнитоэлектрическим возбуждением для создания поля используются постоянные магниты, устанавливаемые на его полюсах. Это генераторы относительно небольшой мощности, основным недостатком которых является трудность регулирования напряжения.

В генераторах с самовозбуждением обмотка возбуждения получает питание от обмотки якоря. В зависимости от схемы включения этих обмоток различают генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.

В схеме генератора параллельного возбуждения, показанной на рис. 5.41, б, ток возбуждения/_в изменяется с помощью регулировочного реостата R_B.

В генераторах последовательного возбуждения обмотка возбуждения соединяется последовательно с обмоткой якоря и ее ток возбуждения равен току якоря и току нагрузки: /_в = Ц = I (рис. 5.41, в). Генераторы последовательного возбуждения имеют крайне ограниченное применение и далее рассматриваться не будут.

В генераторах со смешанных возбуждением (рис. 5.41, г) на полюсах размещаются две обмотки возбуждения. Одна из этих обмоток, имеющая большое число витков и выполненная из проводников относительно небольшого ссчсния, включается параллельно с обмоткой якоря, а другая обмотка с малым числом витков из проводников большого сечения — последовательно с ней. При этом параллельная и последовательная обмотки могут включаться и согласно, и встречно, в зависимости от чего различают генераторы смешанного согласного возбуждения и генераторы смешанного встречного возбуждения. Обычно в генераторах смешанного возбуждения основная часть МДС возбуждения создается параллельной обмоткой.

Маркировка обмоток машин постоянного тока в соответствии с ГОСТ 26772-85 приведена в табл. 5.3 (в скобках указана маркировка этих обмоток в соответствии с ГОСТ 183-74**).

Маркировка обмоток машин постоянного тока

Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения

Небольшая величина индукции.

Отсутствие регулирования параметров магнитного потока.

Магнитоэлектрические генераторы относятся к машинам малой мощности. Для изготовления постоянных магнитов используется высококачественный магнитный сплав, это может быть: альни (АН), альниси (АНК) или магнико, альнико (АНКО). Благодаря использованию этих металлов для изготовления постоянных магнитов происходит сохранение первоначальных характеристик в течение длительного временного периода. Для магнитоэлектрических генераторов характерен небольшой расход меди, невысокие потери, малый вес и размеры, небольшие потери мощности, отсутствие потерь на возбуждение, высокий КПД. Главный недостаток машин магнитоэлектрического типа – сложность регулирования.

Использование электромагнитного способа возбуждения характеризуется прохождением постоянного тока по возбуждающей обмотке, состоящей из полюсов, соединенных последовательно. Рабочие параметры МПТ характеризуются методом возбуждения относительно к цепи якоря оборудования.

Главная квалификация МПТ различных типов подразделяемых на двигатели и машины генераторного вида, подразделяется по принципу возбуждения:

Машина, питаемая от стороннего источника, будет считаться устройством независимого возбуждения.

МПТ шунтовая, использующая для выполнения возбуждения параллельно соединенные обмотки.

МПТ сериесная, возбуждение происходит за счет использования обмотки соединенной последовательно.

МПТ компаудного или смешанного типа, сочетающая для выполнения возбуждения оба типа соединения машинных обмоток.

Машина, получающая питание от сети или другого постороннего источника

В случае если обмотка или как еще говорят, цепь возбуждения машины запитана от электросети, от аккумулятора или стороннего генератора, то она будет принадлежать к классу машин с возбуждением независимого типа.

Рис №1. Присоединение машины с независимым возбуждением.

В устройстве генератора, в схеме, в обязательном порядке присутствует, регулирующий I_возб – реостат, и нагрузочное сопротивление (R). К главным параметрам, по которым можно судить о качествах машины относятся несколько видов характеристик это: внешняя, регулировочная и параметр характеризующий работу генератора во время холостого хода.

Характеристика х. х. выражена через влияние I_возб. на ЭДС электрической машины, количество оборотов остается неизменным. Она показывает величину напряжения на клеммах, U должно быть равным величине ЭДС якоря при отключенной цепи и свидетельствует о магнитной насыщенности, явлении гистерезиса на элементах устройства.

Внешняя характеристика определяется зависимостью величины U замеренного на контактах МПТ от I_нагр в то время как скорость и R_{цепи возбужд}. останутся неизменными.

Демонстрация регулировочной характеристикой в результате изменения Iвозб, показывает влияние на него I_раб.

Характеристика нагрузки демонстрирует влияние на U замеренного на клеммах машины I_возб, она идентична с характеристикой х. х. с ее помощью определяется воздействие на магнитное поле якорного тока.

Характеристика генератора от I_к.з прослеживается по замкнутой цепи по данным амперметра, подключенного к якорной цепи, подвержена влиянию Iк.з. и тока находящегося в шунтовой обмотке.

Для оборудования такого типа представляет опасность возникновение короткого замыкания якорной обмотки, вследствие того, что I_к.з. намного больше значения Iном.

Использование генераторного оборудования независимого возбуждения желательно применять в случаях с важностью регулирования величины напряжения в самых широких границах, например, для питания электролитических ванн.

МПТ с самовозбуждением

В том случае если энергия нужная для возбуждения машины берется из якоря самого устройства, то эта МПТ будет машиной с самовозбуждением.

Рис №2. Схемы МПТ с самовозбуждением магнитного потока: а – параллельное, в – последовательное, с – смешанное возбуждение.

Обмотки возбуждения и якоря для любых самовозбуждающихся машин подразделяются на три типа и классифицируются по соединению, это:

Шунтовые – параллельное соединение обмоток.

Сериесные – последовательное соединение.

Компаудные – со смешанным соединением.

Некоторые типы современных двигателей, при разных типах присоединений в сеть обмоток, подразумевают прямое подключение возбуждающей обмотки в электрическую сеть.

Генераторы шунтового типа параллельного возбуждения

Главное условие самовозбуждения, заключается в появлении тока на полюсах и ярме генератора при использовании остаточного Φ (магнитного потока).

Вследствие данного явления происходит якорь совершает вращательное действие и приводит к появлению ЭДС, вызывающей I_возб, способствует прекращению действия Ф. Возбуждение такого типа требует выполнение условий присутствия согласного действия остаточного Ф и потока приращения – это служит вторым условием самовозбуждения.

Рис №3. Схема подключения шунтового генератора.

Падение напряжения характеризуется 3 главными условиями, это:

Появление реакции якоря приводит к понижению величин ЭДС и U.

Понижение значения U приводит у снижению I_а и ЭДС.

Генератор сериесного типа с обмотками соединенными последовательно

В сериесных МПТ, характеристика х. х. снимается после поступления на обмотку напряжения от другого источника.

Внешняя характеристика показывает, как происходит повышение якорного тока и I_возб. с повышением значения U, вследствие влияния на нее увеличения нагрузки. Насыщение электротехнической стали в магнитопроводе препятствует повышению Ф. После появления реакции якоря и явления падения напряжения происходит уменьшение напряжения. Использование таких машин происходит крайне редко в экстраординарных случаях.

Рис № 4. Подключение сериесной машины.

Компаундная машина с возбуждением соединяющим оба типа возбуждения

В конструкции оборудования присутствует две обмотки: одна со свойствами от параллельного генератора, выполняющая базовую функцию, и обмотка со свойствами последовательного генератора, используемая в виде дополнительной обмотки возбуждения. Обе обмотки сообщают машине свойства обоих типов машин. Кроме того, в конструкции кроме основного комплекта щеток имеется вспомогательным щеточным механизмом, сдвинутым на угол 90 о .

Последовательно соединенные обмотки сериесной машины дает ей возможность увеличить значение Ф сообразно величине I, следующему по этой обмотке.

Характеристика х.х. этой машины похожа на характеристику шунтовой обмотке, Ф соответствует U_ном во время холостого тока.

Согласное присоединение обмоток, суммирующее магнитодвижущие силы, если используется встречное (дифференциальное), подключение, способствует созданию эффекта резкого падения напряжения, этот действие видно из внешней характеристики.

Рис №5. Присоединение генератора компаундного типа.

Присоединение согласным способом подразумевает, что базовая функция отводится обмотке, присоединенной в параллель, компенсирующая роль выполняется обмоткой с качествами характерными для сериесной машины, это способствует размагничиванию реакции якоря и предотвращает процесс падения U. Таким образом, происходит регулировка U в заданных нагрузочных границах, автоматически.

Встречное присоединение используется при достижении крутопадающей характеристики в моделях генераторов, используемых для сварки.

Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения. Схемы включения генераторов

Свойства генераторов постоянного тока зависят от числа и способа подключения обмоток возбуждения или, как говорят, от способа возбуждения генераторов. В зависимости от способа возбуждения различают:

1) генераторы независимого возбуждения;

2) генераторы параллельного возбуждения (ранее шунтовые);

3) генераторы смешанного возбуждения (ранее компаундные).

Рис. 9.12. Схема включения генератора независимого возбуждения

Главный магнитный поток генератора независимого возбуждения (рис. 9.12) возбуждается расположенной на главных полюсах обмоткой независимого возбуждения H₁ — H₂. Последняя получает питание от постороннего источника электрической энергии постоянного тока небольшой мощности. Номинальное напряжение обмотки возбуждения выбирают либо равным, либо иногда меньшим номинального напряжения якоря Я₁ — Я₂ генератора.

Цепь обмотки возбуждения Ш₁ — Ш₂ генератора параллельного возбуждения (см. рис. 9.16) включают параллельно якорю Я₁ — Я₂, от которого она и получаст питание. Обмотку возбуждения рассчитывают в этом случае на то же напряжение, что и якорь генератора.

Магнитный поток Ф генератора смешанного возбуждения (см. рис. 9.19) возбуждается расположенными на главных полюсах двумя обмотками: обмоткой параллельного возбужденияШ₁ — Ш₂ и обмоткой последовательного возбуждения С₁ — С₂. Последнюю включают либо так, как показано на рис. 9.19, в цепь приемника r_п, либо последовательно с якорем. В большинстве случаев обмотки параллельного и последовательного возбуждения включают согласно, т. е. таким образом, чтобы их МДС совпадали по направлению.

Обмотки независимого и параллельного возбуждения существенно отличаются от обмотки последовательного возбуждения в конструктивном отношении. Обмотки независимого и параллельного возбуждения изготовляются из провода относительно малого диаметра, имеют сравнительно большие числа витков и сопротивления. В отличие от этого обмотка последовательного возбуждения изготовляется из провода относительно большого диаметра, имеет небольшое число витков и сопротивление. Например, у машин мощностью от 5 до 100 кВт на напряжение 220 В обмотки параллельного возбуждения имеют соответственно сопротивления порядка 300 — 50 Ом, тогда как обмотки последовательного возбуждения — порядка 0,01 — 0,001 Ом. Площадь поперечного сечения провода для изготовления последовательной обмотки выбирают такого диаметра, чтобы обмотка не перегревалась под действием тока приемника.

В цепи обмоток возбуждения (см. рис. 9.12, 9.16 и 9.19) имеется реостат r_р, служащий для изменения тока возбуждения I_в, что необходимо в конечном итоге для регулирования напряжения U на выводах генератора и приемника. Сопротивление нагрузки r_п следует рассматривать как некоторое эквивалентное сопротивление, заменяющее группу приемников, получающих питание от генератора.

В некоторых установках находят применение трехобмоточные генераторы, имеющие обмотки независимого, параллельного и последовательного возбуждения. Они имеют особые свойства и характеристики.

Свойства и характеристики генераторов независимого возбуждения

Свойства электрических машин постоянного и переменного тока, представляющие интерес с точки зрения практического использования машин, в значительной мере определяются их характеристиками, каждая из которых представляет собой график зависимости между двумя важнейшими величинами.

Основными характеристиками генераторов постоянного тока являются характеристика холостого хода, внешняя и регулировочная характеристики.

Характеристика холостого хода. Характеристика холостого хода E(I_в) генератора независимого возбуждения (рис. 9.12) представляет собой зависимость ЭДС якоря от тока обмотки возбуждения при работе генератора вхолостую (приемник отключен, I = 0) и n = const. Она дает представление о том, как необходимо изменять ток возбуждения, чтобы получать те или иные значения ЭДС генератора.

Изменяя с помощью реостата r_р ток I_в , можно изменять магнитный поток Ф и, следовательно, ЭДС Е генератора.

Если магнитная цепь машины была полностью размагничена, то при увеличении тока возбуждения зависимость Ф(I_в) представляется кривой 1 (рис. 9.13), подобной кривой намагничивания. Поскольку при n = const ЭДС прямо пропорциональна магнитному потоку, график Ф(I_в) представляет собой в другом масштабе по оси ординат характеристику холостого хода E(I_в).

Каждому значению тока I_в при его уменьшении (кривая 2) соответствуют несколько большие значения потока Ф и ЭДС Е, чем при увеличении тока; при I_в = 0 генератор имеет небольшой поток остаточного намагничивания Ф и соответствующую ему ЭДС Е. Обычно Ф = (0,02÷0,06)Ф_ном и E = (0,02÷0,06)E_ном , где Ф_ном и E_ном — магнитный поток и ЭДС, соответствующие номинальным данным генератора.

Рис. 9.13. Характеристики холостого хода генератора независимого возбуждения

Рис. 9.14. Внешние характеристики генератора независимого возбуждения

За расчетную принимают обычно характеристику 3,расположенную между характеристиками 1 и 2. Точку А,соответствующую номинальным данным генератора, выбирают при расчете на «колене» (в зоне наибольшей кривизны) характеристики холостого хода. Выбирать точкуА в области значительного насыщения ферромагнитных материалов нецелесообразно, так как это приводит к значительному увеличению тока, мощности и габаритных размеров обмотки возбуждения при незначительном увеличении ЭДС.

Внешняя характеристика. Внешняя характеристика U(I) генератора постоянного тока независимого возбуждения представляет собой зависимость напряжения на выводах генератора от тока нагрузки при I_в = const и n = const.

Зависимость U(I) может быть получена на основании уравнения, составленного по второму закону Кирхгофа для цепи якоря генератора, согласно которому

где I_я— ток якоря, равный току I приемника; r_я — сопротивление якоря, включающее в себя сопротивление обмотки якоря, щеточного контакта, обмотки дополнительных полюсов и компенсационной обмотки (если она имеется).

Так как у генератора независимого возбуждения по условию I_в = const, то пренебрегая реакцией якоря, следует считать Ф = const, а значит, и Е = const. При этих условиях внешняя характеристика U(I) представляет собой прямую линию (характеристика 1 на рис. 9.14).

Если в уравнении (9.11) заменить напряжение согласно закону Ома выражением U = Ir_п, а затем решить его относительно тока, то получим

Как видно из (9.12) и (9.11), при работе генератора вхолостую (r_п = ∞) I = 0 и U = U_x = Е (рис. 9.14). С увеличением числа подключенных приемников эквивалентное сопротивление r_пуменьшается, что вызывает увеличение тока нагрузки I, падения напряжения Ir_я в сопротивленииr_я и снижение напряжения U.

Рис. 9.15 Регулировочная характеристика генератора независимого возбуждения

Вследствие реакции якоря магнитный поток и ЭДС несколько уменьшаются при увеличении нагрузки, что приводит к дополнительному снижению напряжения. Внешняя характеристика при этом получается непрямолинейной (характеристика 2 на рис. 9.14). Для получения в этом случае номинального напряжения при токе I_ном необходимо устанавливать при холостом ходе несколько большую ЭДС, U_x1 = E₁ > U_x = E.

Относительное изменение напряжения генератора

сравнительно невелико и равно примерно 5—10%.

Если при холостом ходе устанавливать различные значения ЭДС, а затем увеличить нагрузку генератора, то можно получить семейство внешних характеристик, подобных характеристике 2, например характеристики 3 и 4 на рис. 9.14.

Регулировочная характеристика. Регулировочная характеристика I_в(I) представляет собой зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при n = const и U = const. Она показывает, как необходимо изменять ток возбуждения при изменении тока нагрузки, чтобы поддерживать напряжение.

Возможность поддержания напряжения путем изменения тока I_в вытекает из уравнения (9.11). Как видно, для этого необходимо соответствующим образом изменять ЭДС, что и можно сделать путем изменения тока I_в.

Регулировочная характеристика генератора (рис. 9.15) нелинейна, что объясняется нелинейностью внешней характеристики и характеристики холостого хода.

Недостатком генератора независимого возбуждения является то, что он требует постороннего источника электрической энергии для питания обмотки возбуждения. От указанного недостатка свободны генераторы параллельного и смешанного возбуждения.

Электротехника и электрооборудование — Электрические машины постоянного тока

Содержание материала

• Электротехника и электрооборудование
• Счетчики электрической энергии
• Мегомметры
• Измерение неэлектрических
• Асинхронные двигатели
• Пуск асинхронных двигателей
• Регулирование скорости асинхронных
• Данные асинхронных двигателей
• Синхронные машины
• Передвижные электростанции
• Синхронные электродвигатели
• Машины постоянного тока
• Генераторы постоянного тока
• Двигатели постоянного тока
• Электропривод генератор-двигатель
• Трансформаторы
• Конструкция трансформаторов до 10
• Данные трансформаторов до 10
• Специальные трансформаторы
• Измерительные трансформаторы
• Аппаратура управления и защиты
• Аппаратура автоматическая
• Реле защиты и управления
• Логические элементы
• Электропривод на строительстве
• Выбор электродвигателя
• Схемы электроприводы
• Электропривод строительных
• Сварочное электрооборудование
• Электрическое освещение
• Устройство освещения
• Нормы освещенности
• Электрические сети строительные
• Аппаратура подстанций
• Электрические сети
• Устройство электрических сетей
• Выбор сечения проводов
• Безопасность обслуживания
• Защитное заземление

ГЛАВА ВОСЬМАЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Машины постоянного тока по сравнению с машинами переменного используются в народном хозяйстве страны, ограниченно главным образом там, где необходимо регулировать число оборотов в широких пределах. Например, двигатели постоянного тока применяют для подъемных устройств, в электрической тяге, для приведения в действие прокатных станов, гребных винтов судов и в других видах регулируемого электропривода. Генераторы постоянного тока мы встречаем в тех сбластях техники, где нужен постоянный ток для технологических целей: электролиз, электрическая сварка, когда требуется получить более устойчивую по сравнению с переменным током электрическую дугу, а также для питания двигателей постоянного тока.
Постоянный ток необходим на строительстве. Его применяют для электропривода мощных экскаваторов, зарядки аккумуляторов и в редких случаях электрической сварки.

§ 8.1. Устройство машин постоянного тока

Основными частями машины постоянного тока (рис. 8.1) являются: неподвижная часть — станина, вращающийся ротор-якорь и два подшипниковых щита.

Рис. 8.1. Разрез четырехполюсной машины постоянного тока:
1— станина; 2 — главный полюс; 3 — дополнительный полюс; 4— якорь; 5 — коллектор; 6 — щетки

Станина — из литой стали; с внутренней ее стороны укреплены сердечники полюсов электромагнитов, выполненные из тонких листов стали, изолированных друг от друга лаковой пленкой или тонкими листами бумаги. На сердечники надеты катушки из изолированной медной проволоки, являющиеся обмоткой возбуждения ма шины.

Рис. 8.2. Якорь машины постоянного тока
Станина машины служит замыкающей частью — ярмом магнитопровода.

Ротор машины, называемый в машинах постоянного тока якорем (рис. 8.2), представляет собой цилиндрическое тело, собранное (так же как фазный ротор асинхронных двигателей) из тонких штампованных листов стали. Одно целое с якорем составляет коллектор — полая втулка, на которой укреплены медные пластины клинообразного сечения, изолированные одна от другой и от втулки коллектора прокладками из миканита (изделие из слюды). В пазах якоря размещается обмотка. Концы ее припаивают к пластинам коллектора.
На внешнюю поверхность коллектора накладываются щетки, прикрепленные при помощи траверсы к неподвижной части машины. При вращении якоря вращается также и коллектор, а щетки скользят по его поверхности, оставаясь неподвижными. Вал якоря вращается в подшипниках, закрепленных в щитах.

Рис. 8.3. Упрощенная модель генератора постоянного тока

Рис. 8.4. Кривая выпрямления коллектором переменного напряжения при одной катушке на якоре генератора

На упрощенной схеме рис. 8.3 изображен между двумя магнитами вращающийся виток обмотки якоря 3. Нетрудно уяснить назначение и принцип действия коллектора. Концы обмотки якоря соединены с двумя пластинами коллектора 1, по которому скользят две щетки 2. При вращении якоря в его проводниках будет наводиться синусоидальная электродвижущая сила. При коллекторе с верхней щеткой все время оказывается соединенным проводник, движущийся под северным полюсом электромагнита, а с нижней — проводник, движущийся под южным полюсом. В результате этого между щетками будет действовать напряжение, изменяющееся во времени, как показано кривой рис. 8.4. Все ее точки расположены выше нулевой линии (напряжение все время будет сохранять один знак). Таким образом коллектор выпрямляет переменное напряжение.
Но напряжение, представленное кривой рис. 8.4, еще не является постоянным, так как его величина за один оборот якоря два раза претерпевает изменения от нулевого значения до максимального.
Если намотать на якорь обмотку, состоящую не из одного, а из двух витков, и расположить их на якоре перпендикулярно один другому, то э. д. с, которые наводятся в них при вращении якоря, будут отличаться друг от друга по фазе. В тот момент, когда в одном витке э. д. с. будет равна нулю, в другом она будет иметь максимальную величину. Графически это можно изобразить двумя кривыми (рис. 8.5, а).

Рис. 8.5. Кривая выпрямления коллектором переменного напряжения при двух катушках на якоре генератора

С помощью коллектора, состоящего из четырех раздельных частей, можно получить в двух витках два выпрямленных напряжения ег и е2, показанных на рис. 8.5, б. При соответствующем соединении витков наводимые в них э. д. с. будут складываться и на щетках машины получится суммарное напряжение, которое имеет значительно меньшие колебания по величине (рис. 8.5, в).
В выпускаемых ныне машинах постоянного тока обмотки якоря имеют значительно большее число катушек и пластин коллектора. Чем больше будет катушек в обмотке якоря и пластин на коллекторе, тем более ровным, т. е. приближающимся к постоянной величине, будет выпрямляемое коллектором напряжение. Соответственным увеличением числа катушек обмотки и пластин коллектора получают суммарное напряжение на щетках (выводах) генератора с весьма малыми колебаниями по величине.
Машины постоянного тока производят обычно не двухполюсными, а с большим числом полюсов — 4—6. Полюса чередуются попеременно между собой. Количество щеток равно числу полюсов: например, у четырехполюсной машины должно быть четыре щетки.

§ 8.2. Классификация машин постоянного тока по способу возбуждения

Рабочие свойства машин постоянного тока зависят в значительной мере от способа соединения обмотки возбуждения с якорем постоянного тока. Они подразделяются на: машины с параллельным возбуждением (шунтовые), машины с последовательным возбуждением (сериесные) и машины со смешанным возбуждением (компаундные) (рис. 8.6). Машины с параллельным и смешанным возбуждением применяют и в качестве генераторов, и в качестве двигателей, а с последовательным возбуждением — только в качестве двигателей.

Рис. 8.6. Возбуждение машин постоянного тока:
а — параллельное (шунтовое); б — последовательное (сериесное); в — смешанное (компаундное); R — нагрузка

В машинах с параллельным возбуждением обмотка возбуждения присоединяется параллельно обмотке якоря (рис. 8.6, а), в машинах с последовательным возбуждением — последовательно с обмоткой якоря (рис. 8.6, б). В машинах со смешанным возбуждением обмотка возбуждения имеет две части: одну, соединенную параллельно, а другую — последовательно с обмоткой якоря (рис..8.6, в). Обмотки возбуждения, присоединяемые параллельно, выполняют из проводов небольшого сечения; обмотки же, присоединяемые последовательно, рассчитанные на прохождение через них полного тока генератора, выполняют из проводов большого сечения.

Соединение обмотки возбуждения с обмоткой якоря производится в коробке выводов генератора при помощи болтовых зажимов. Стандартом установлены следующие обозначения зажимов: обмотки якоря или, что то же, выводов генераторов — Я1 и Я2, параллельной обмотки — Ш1 и Ш2, последовательной обмотки — С1 и С2.
Кроме основных полюсов в машинах постоянного тока применяют дополнительные полюсы, располагаемые между основными полюсами на станине машины. Обмотка дополнительных полюсов включается последовательно с обмоткой якоря машины. Назначение обмотки дополнительных полюсов — устранить искрение на коллекторе.

Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения магнитного потока

Задание : 1. изучить материал темы. 2. составить конспект. 3. ответить на вопросы: — назначение электрических машин постоянного тока — состав и конструктивное исполнение — принцип работы электрических машин постоянного тока — область применения электрических машин постоянного тока.

Электрические машины,

Определение, назначение, обратимость машин

Электрической машиной называют устройство, преобразующее или механическую энергию в электрическую (генератор), или электрическую энергию в механическую (электродвигатель) Электрические машины разделяют по назначению на 2 основных вида: электрические генераторы и электрические двигатели. Генераторы предназначены для выработки электрической энергии, а электродвигатели – для приведения в движение колесных пар электрических локомотивов, вращение валов вентиляторов, компрессоров и т.п. В электрических машинах происходит процесс преобразования энергии. Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую. Это означает, что для работы генератора надо вращать его вал каким-либо двигателем. На тепловозе, например, генератор приводят во вращение дизелем, на тепловой электростанции – паровой турбиной, на гидроэлектростанции – водяной турбиной. Электрические двигатели, наоборот, преобразуют электрическую энергию в механическую. Поэтому для работы двигателя его надо соединить проводами с источником электрической энергии или включить в электрическую сеть. Электрические машины обратимы. Это значит, что одна и та же машина может работать и как генератор, и как двигатель.

Устройство электрической машины постоянного тока

Электрическая машина состоит из двух частей:

I неподвижная часть.

II подвижная часть.

Неподвижная часть электрической машины состоит из:

1. Станина— выполняет роль корпуса и магнитопровода.

Как корпус станина служит для:

— крепления остальных деталей машины

— для защиты внутренних деталей машины от пыли, грязи и т.д.

— для защиты потребителей (людей) от вращающихся частей машины.

Как магнитопровод станина служит для замыкания по ней основного магнитного потока.

Станина изготавливается литьём из стали высокой прочности и высокой магнитной проницаемости.

2. Главные полюсаслужат для создания основного магнитного потока (магнитного поля).

Полюс состоит из:

— сердечника (магнитопровода), набранного из отдельных листов электротехнической стали для уменьшения потерь на вихревые токи.

— обмотки главных полюсов (обмотки возбуждения магнитного потока) изготавливаются из медного провода круглого сечения.

— полюсные наконечники имеют вид верхушки синусоиды для того, чтобы магнитная индукция в зазоре между полюсами изменялась бы по синусоидальному закону.

3. Дополнительные полюсаслужат для улучшения работы машины большой мощности, устройство аналогично устройству главных полюсов. Количество дополнительных полюсов кратно 2 и равно количеству главных.

4. Щетки со щеткодержателямивыполняют две роли:

а) если электрическая машина работает в режиме генератора, то электрический ток проходит по цепочке: обмотка якоря – коллектор – щетки – нагрузка (потребитель) во внешней цепи.

б) если электрическая машина работает в режиме электродвигателя, то ток проходит по цепочке: внешний источник питания – щетки – коллектор – обмотка якоря

Щетки изготавливаются из графита с добавлением порошка меди для повышения электропроводности и устойчивости к стиранию. Щетки взаимозаменяемы без дополнительного разбора конструкции электрической машины.

5. Боковые крышкимашины с подшипниковыми узлами закрывают машину по бокам и служат для крепления вала.

Подвижная часть электрической машины состоит из:

1. Вал– служит для крепления подвижных деталей машины. Вал изготавливается из стали высокой прочности.

2. Якорь и якорные обмоткивыполняют две роли.

а) если машина работает в режиме генератора то при вращении якоря в обмотке якоря возникает ЭДС.

б) если машина работает в режиме двигателя, то от внешнего источника питания ток попадает в обмотку якоря, в результате чего якорь начинает вращаться.

Якорь выполняет роль магнитопровода и набирается из отдельных листов электротехнической стали для уменьшения потерь на вихревые токи. В теле якоря сверлят вентиляционные каналы, по которым проходит охлаждающий воздух.

Проводники обмотки якоря закрепляются во внешних пазах якоря. Каждый проводник обмотки якоря припаивается к соответствующей пластине коллектора.

3. Коллекторявляется механическим выпрямителем тока, представляет собой жесткую конструкцию из медных пластин. Коллектор закрепляется на валу. Поверхность коллектора тщательно обрабатывается и зашлифовывается для уменьшения потерь на трение щеток по коллектору. Щёточно-коллекторный узел наиболее уязвимый, так как это единственное место соприкосновения подвижной и неподвижной частей машины; поэтому он требует постоянного контроля и ухода.

4. Вентилятор –крепится на валу и предназначен для воздушного охлаждения машины

1. Коллектор

3. Сердечник якоря

4. Сердечник главного полюса

5. Обмотка возбуждения главного полюса

7. Подшипниковый щит

9. Обмотка якоря

Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения магнитного потока

Различают генераторы независимого возбуждения и генераторы с самовозбуждением. В генераторах независимого возбуждения основной магнитный поток создается либо постоянным магнитом, либо электромагнитом (обмоткой возбуждения), питаемым от источника постоянного тока. Генераторы независимого возбуждения находят применение в схемах автоматики, в двигатель-генераторных агрегатах, когда требуется изменять не только значение, но и полярность напряжения на зажимах, а также в качестве тахогенераторов, предназначенных для дистанционного измерения частоты вращения. Недостатком этих машин является необходимость иметь отдельный источник энергии для питания обмотки возбуждения или постоянные магниты.

В генераторах с самовозбуждением питание обмотки главных полюсов осуществляется напряжением самого генератора. При этом отпадает необходимость в отдельном источнике питания. В зависимости от схемы включения обмотки возбуждения различают генераторы параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. Генераторы постоянного тока параллельного возбуждения находят широкое применение в качестве бортовых источников питания, на подвижных объектах: кораблях, самолетах, автомобилях.

Генераторы последовательного возбуждения используют редко.

Генераторы со встречным включением обмоток используют в качестве сварочных генераторов.

Дата добавления: 2018-05-09 ; просмотров: 1211 ; Мы поможем в написании вашей работы!