Энергетическая диаграмма генератора независимого возбуждения

представлена на рис. 9-2. Получаемая от первичного двигателя механическая мощность Р₁ за вычетом потерь механических р_мх, магнитных р_мг и добавочных р_я преобразуется в якоре в электромагнитную мощность Р_Эш. Мощность Р_Эш частично тратится на электрические

Рис. 9-2. Энергетическая диаграм- потери р_ъл№ в цепи якоря (в обмотках якоря, добавочных полюсов и в компенсационной и в переходном сопротивлении щеточного контакта), а остальная часть этой мощности представляет собой полезную мощность Р_%, отдаваемую потребителям. Потери на возбуждение р_в в генераторе независимого возбуждения покрываются за счет постороннего источника тока.

На основании изложенного для генератора независимого возбуждения имеем уравнение мощностей

Рис. 9-2. Энергетическая диаграмма генератора независимого возбуждения

Аналогичные энергетические диаграммы можно построить и для других типов генераторов.

Уравнение вращающих моментов.Если все члены уравнения (9-2) разделить на угловую скорость вращения

Q = 2лп,

 

15.Энергетические диаграммы СД и СГ.

А). Режим генератора.

Ротор синхронного генератора (СГ) приводится во вращение специальным приводным двигателем. Постоянное напряжение подается на обмотку индуктора. Вращающееся поле индуктора, воздействует через зазор на проводники статора (якоря), наводя в них ЭДС. Если замкнуть выводные клеммы на сеть (нагрузку), то в нее от синхронного генератора (СГ) будет отдаваться переменное напряжение, а по обмотке якоря будет протекать ток.

Б). Режим двигателя.

К статору подводится питание от трехфазной цепи. При протекании токов по трем фазным обмоткам статора, сдвинутым друг относительно друга на 120° в пространстве, создается вращающееся электромагнитное поле статора (в момент пуска обмотка возбуждения должна быть отключена или зашунтирована большим сопротивлением). Воздействие через зазор на короткозамкнутую демпферную обмотку ротора, первичное поле статора наводит в ней ЭДС.

В демпферной обмотке наводятся электромагнитные силы, которые и приводят ротор во вращение (т.е. точно так же, как и в асинхронном двигателе (АД)). При этом ротор вращается с некоторым скольжением, как в асинхронном двигателе (АД). При достижении скорости вращения ротора, близкой к скорости вращения поля статора (якоря), на индуктор подается постоянное напряжение и ротор втягивается синхронно со строго постоянной скоростью n .

16.Номинальные режимы работы ЭМ(продолжительный., кратковременный и пов­торно-кратковременный)Продолжительным номинальным режимом работы электрической машины называется режим работы при неизменной номинальной нагрузке, продолжающейся столько времени, что превышения температуры всех частей электрической машины при неизменной температуре охлаждающей среды достигают практически установившихся значений.Кратковременным номинальным режимом работы электрической машины называется режим работы, при котором периоды неизменной номинальной нагрузки при неизменной температуре охлаждающей среды чередуются с периодами отключения машины: при этом периоды нагрузки не настолько длительны, чтобы превышения температуры всех частей электрической машины могли достигнуть практически установившихся значений, а периоды остановки электрической машины настолько длительны, что все части ее приходят в практически холодное состояние.Согласно ГОСТ 183-74, машины с кратковременным режимом работы изготовляются с длительностью рабочего периода 15, 30, 60 и 90 минут.Повторно-кратковременным режимом работы электрической машины называется режим работы, при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки (рабочие периоды) при неизменной температуре охлаждающей среды чередуются с кратковременными периодами отключения машины (паузами), причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышения температуры отдельных частей машины могли достигнуть установившихся значений.Повторно-кратковременный номинальный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ), то есть отношением продолжительности рабочего периода к продолжительности цикла (суммарной продолжительности рабочего периода и паузы).ГОСТ 183-74 предусматривает изготовление машин с повторно-кратковременным режимом работы с продолжительностью включения (ПВ) 15, 25, 40 и 60 %.Кроме перечисленных трех основных номинальных режимов работы, в ГОСТ 183-74 оговаривается еще несколько дополнительных режимов работы, при которых нагрузка имеет циклический характер.Большинство электрических машин изготовляется для продолжительного режима работы.

18.Номинальные режимы работы ЭМ (S4, S5, S6, S7, S8).

S4Повторно-кратковременный с частыми пусками с ПВ 15, 25, 40 и 60 %, числом включений в час 30; 60; 120 и 240 при коэффициенте инерции FI = 1,2; 1,6; 2; 2,5; 4; 6,3; 10

Характеризуется числом пусков в час, коэффициентом инерции и относительной ПВ

ПВ D + N юо где D-время пуска

D + N + R

S5Повторно-кратковременный с частыми пусками и электрическим торможением с ПВ 15, 25, 40 и 60 %, числом включений в час 30; 60; 120 и 240 при коэффициенте инерции FI =1,2; 1,6; 2; 2,5 и 4

Характеризуется числом пусков в час, коэффициентом инерции и относительной ПВ

ПВ= D + N + F 100, D+N+F+R

где F - время электрического торможения

S6Перемежающийся с продолжительностью нагрузки (ПН) 15; 25; 40 и 60% при продолжительности цикла 10 мин

Характеризуется относительной (в %) ПН, определяемой по формуле N

ПН = ———100, N + V

где V - время холостого хода

S7Перемежающийся с частыми реверсами при электрическом торможении с числом реверсов в час 30; 60; 120 и 240 при коэффициенте инерции FI = 1,2; 1,6; 2; 2,5 и 4

Характеризуется числом реверсов в час и коэффициентом инерции

S8Перемежающийся с двумя и более частотами вращения с числом циклов в час 30; 60; 120 и 240 при коэффициенте инерции FI = 1,2; 1,6; 2; 2,5 и 4

Характеризуется числом циклов в час, коэффициентом инерции и относительной ПН на отдельных ступенях частоты вращения

Примечание. Коэффициент инерции FI - отношение суммы приведенного к валу двигателя момента инерции приводимого механизма и момента инерции ротора (якоря) двигателя к моменту инерции ротора (якоря).

19.Векторная диаграмма и ур-ие эл. сос­тояния статорной обмотки СГ.

Воспользовавшись уравнением ЭДС можно построить векторную диаграмму явнополюсного синхронного генератора, работающего на активно – индуктивную, активно – емкостную нагрузку.

Векторную диаграмму строят на основании следующих данных: ЭДС генератора в режиме хх Е0; тока нагрузки I1 и его угла фазного сдвига ψ1 относительно ЭДС; продольного х_аd и поперечного x_aq индуктивных сопротивлений реакции якоря; активного сопротивления фазной обмотки статора r1.

Используя векторную диаграмму ЭДС построим векторную диаграмму напряжения генератора при активно-индуктивной нагрузке, просуммировав с вектором Е_δ векторы падений напряжения на активном ( ) и индуктивном ( r_σa) сопротивлениях фазы обмотки якоря. Угол θ между векторами Е и U называется углом нагрузки. В генераторном режиме работы Е опережает U, и угол θ имеет всегда положительное значение, машина отдает активную мощность в сеть.

По оси ординат откладываем Е, это ЭДС наводимая в фазе статора потоком обмотки возбуждения. Т.к. нагрузка активно-индуктивная то ток в фазе статора отстает от ЭДС на угол y. Ток раскладывается на продольную и поперечную составляющие.

Е-это вектор ЭДС, наведенной основным магнитным потоком в фазе обмотки якоря;

Е_ad-это вектор ЭДС, наведенной потоком магнитодвижущей силы продольной составляющей тока;

Е_aq-это вектор ЭДС, наведенной потоком магнитодвижущей силы поперечной составляющей тока;

Е_δ-это вектор ЭДС, наведенной результирующим магнитным потоком;

Е_σа-это вектор ЭДС рассеяния фазы обмотки якоря;

-Ir_а-это вектор падения напряжения на активном сопротивлении фазы обмотки якоря;

I_d- это вектор продольной составляющей тока;

I_q-это вектор поперечной составляющей тока.

Векторную диаграмму синхронного неявнополюсного генератора строят на основании ниже представленного уравнения, при этом вектор тока I1 откладывают под углом ψ₁ к вектору ЭДС Е₀.

 

20Нагревание при повторно-кратковре­менном режиме работы ЭМ.

Процесс установления температуры в этом режиме можно представить в виде следующего рисунка (при идеализированной нагрузочной диаграмме). Температура обмоток двигателя изменяется по отрезкам экспоненциальных кривых и дости­гает установившихся колебаний со сравнительно небольшой амплиту­дой. При правильном выборе двига­теля, наибольшая температура не достигнетt¢_уст, а будет стремиться через достаточно большое число циклов к величинеt_уст=t_доп.

Двигатель длительного ре­жима за счет охлаждения во время пауз может работать в повторно-кратковремен­ном режиме с коэффициентом термической перегрузки , гдеt¢_уст- наибольшая температура, которая имела бы место при длительном режиме работы с потерямиQ_пк=∆Р_пкповторно-кратковременного режима.

Величина dможет быть найдена на том основании, что для цикла работы, достаточно удаленного от начала, температура перегрева колеблется в пределах отt₀доt_уст. При этом для периода работы,t_рможно написать

.Температура в конце паузы понизится до значения

,если считать, что Т₀=t₀. Подставив значениеt₀и разделив обе части равенства наt_у, получим

.Отсюда .

Если Т₀>Т_Нто

,отсюда , где - приведенный ко­эффи­циент включения.

На основе выражения для dниже построены кривые зависимостиdотe¢при различных значениях . Точки, лежащие на оси ординат, гдеe¢=0иe=0, соответствуют кратковременному режиму работы. Характерной является также точка с координатамиe¢=1иd=1. В ней сходятся все кривые. Она отвечает длительному режиму работы. Из графика видно, что приe¢>0,6допустимая тепловая перегрузка незначительна, а коэффициент механической перегрузки будет еще меньше. Поэтому приe>0,6практически нужно выбирать двигатели так же, как для длительного режима работы.

Для повторно-кратковременного режима нерационально использовать двигатели, предна­значенные для длительного режима. Для этого режима выпускается специальная серия машин – краново-металлургические двигатели постоянного тока серии Д, переменного тока с к.з. ротором серииMTKF,MTKH, 4АС, с фазным ротором серии МТF,MTH, 4MT.

Конструктивно двигатели, предназначенные для повторно-кратковременного режима отличаются от двигателей длительного режима тем, что при одинаковой мощности с последними они имеют меньший момент инерции, что достигается уменьшением диаметра якоря (ротора) при увеличенной длине. Это позволяет уменьшить потери энергии в переходных режимах (уменьшается запас энергии во вращающихся элементах), увеличивается быстродействие, сокращается время пуска и торможения. В справочниках и каталогах указывается для каких ПВ% они рассчитаны, указывается мощность, которую могут они развивать при каждой из нормируемых ПВ%. Для двигателей постоянного тока серии Д и краново-металлургических двигателей переменного тока основной является ПВ 40%. Все величины, характеризующие двигатель при основной ПВ% являются номинальными (мощность, ток, момент, скорость), а эти же величины при других ПВ% являются допустимыми по условиям нагрева. Например, номинальная мощность и ток двигателя при ПВ = 40% равны, положим, 5 кВт и 20 А. При ПВ = 60% его нельзя нагружать такой же мощностью и током – он этого не выдержит. Поэтому для этого двигателя в справочнике (каталоге) указывается, что при ПВ = 60% этот двигатель имеет мощность не 5, а, например, 4 кВт и ток не 20, а 15А. Скорость его также указывается иной, чем при ПВ = 40%.

21.Понятие о реакции якоря СМ.

При нагрузке машины ( ) обмотка якоря создает собственное магнитное поле. Поля якоря и индуктора, действующие совместно, образуют результирующее поле. Действие поля якоря на поле индуктора называется реакцией якоря. Реакция якоря в машине постоянного тока определяется положением щеток относительно линии геометрической нейтрали.Линия геометрической нейтрали–это линия, проходящая через ось вращения якоря в радиальном направлении посередине между двумя соседними главными полюсами.

Поперечная реакция якоря. При наличии тока в обмотке возбуждения и отсутствии тока в обмотке якоря ( =0) в машине существует только магнитное поле индуктора, картина которого изображена на рис.а. Линия геометрической нейтрали 1-1 в этом случае одновременно является и линией физической нейтрали, так как индукция поля индуктора равна нулю в тех же точках на поверхности якоря, через которые проходит линия геометрической нейтрали. При наличии тока в обмотке якоря и отсутствии тока в обмотке возбуждения ( = 0) и установке щеток на линии геометрической нейтрали1-1, ось поля якоря направлена по поперечной оси индуктора и действует поперечная реакция якоря (рис.б). Если по обмоткам возбуждения и якоря протекают токи, то существуют одновременно поле индуктора и поле якоря. Как следуетизрис. в, поперечная реакция якоря вызывает ослабление поля под одним краем полюса и его усиление под другим, вследствие чего ось результирующего поля поворачивается в генераторе по направлению вращения якоря, а в двигателе в обратную сторону. Под воздействием поперечной реакции якоря линия физической нейтрали поворачивается из положения 1-1 на некоторый угол β в положение 2-2, которое называется линией физической нейтрали. В генераторе физическаянейтраль повернута в сторону вращения якоря, а в двигателе - в обратную.

Продольная реакция якоря. Если щетки сдвинуты с линии геометрической нейтрали на 90 эл. град.(рис. г), то ось поля якоря направлена по продольной оси индуктора и действует поле продольной реакции якоря. Это поле в зависимости от направления тока якоря оказывает на поле индуктора намагничивающее или размагничивающее действие.

Общий случай.В случае если щетки сдвинуты с геометрической нейтрали на некоторый угол =90 эл. град., в машине существуют как поперечная, так и продольная (намагничивающая или размагничивающая) составляющие реакции якоря.

Влияние реакции якоря на магнитный поток машины. Для оценки влияния реакции якоря необходимо рассмотреть распределения индукции магнитных потоков индуктора и якоря в воздушном зазоре, и на основе их провести анализ результирующего магнитного поля (рис ниже).

Распределение индукции магнитного поля индуктора (1) является симметричным относительно оси полюсов, близким к трапецеидальному. Распределение МДС обмотки якоря (2) имеет наибольшее значение на линии геометрической нейтрали, а по оси полюсов - равна нулю. Однако распределение магнитной индукции поля якоря (3) в зазоре совпадает с распределением МДС якоря лишь в пределах полюсных наконечников. В междуполюсном промежутке магнитная индукция поля якоря резко уменьшается, что объясняется большим магнитным сопротивлением. Распределение индукции результирующего поля в воздушном зазоре получено путем суммирования распределений (1) и (3) и соответствует ненасыщенному состоянию магнитной цепи (4). Если магнитная цепь машины насыщена, то происходит не только искажение распределения индукции результирующего поля (5), но и уменьшение по величине. Реакция якоря в машине постоянного тока оказывает отрицательное влияние. За счет искажения магнитного поля возрастает напряжение между соседними коллекторными пластинами, что ухудшает условия коммутации. В случае уменьшения индукции результирующего поля ухудшаются рабочие свойства машины: у генераторов снижается ЭДС, у двигателей уменьшается вращающий момент. Эффективным средством борьбы с вредным влиянием реакции якоря является применение компенсационной обмотки. Компенсационная обмотка укладывается в пазы полюсных наконечников и включается последовательно с обмоткой якоря таким образом, чтобы ее МДС Fк была противоположна по направлению МДС обмотки якоря Fа.Компенсационная обмотка равномерно распределяется по поверхности полюсных наконечников главных полюсов. При наличии компенсационной обмотки магнитное поле машины при переходе из режима холостого хода к нагрузке остается практически неизменным.

22.Хар-ки ГПТ с последовательными со смешанным возбуждением.

Характеристика дпт с последовательным возбуждением.

Схема двигателя. Схема двигателя последовательноговозбуждения изображена на рис. 1.31. Ток, потребляемый двигателем из сети, протекает по якорю и обмотке возбуждения, соединенной с якорем последовательно. Поэтому I = I_я = I_в.

Также последовательно с якорем включен пусковой реостат R_п, который, как и у двигателя параллельного возбуждения, после выпуска выводится.

Уравнение механической характеристики. Уравнение механической характеристики может быть получено из формулы (1.6). При токах нагрузки, меньших (0,8 – 0,9) I_ном, можно считать, что магнитная цепь двигателя не насыщена и магнитный поток Ф пропорционален току I : Ф = kI, где k = const. (При больших токах коэффициент k несколько уменьшается). Заменяя в (1.2) Ф, получаем М = С_м kI откуда

I_я =

Ф = . (1.10)

Подставим Ф в (1.6):

n = (1.11)

График, соответствующий (1.11), представлен на рис. 1.32 (кривая 1). При изменении момента нагрузки частота вращения двигателя резко изменяется – характеристики подобного типа называются «мягкими». При холостом ходе, когда М » 0, частота вращения двигателя безгранично возрастает и двигате ль «идет вразнос». Ток, потребляемый двигателем последовательного возбуждения, при увеличении нагрузки растет в меньшей степени, чем у двигателя параллельного возбуждения. Это объясняется тем, что одновременно с ростом тока растет поток возбуждения и вращающий момент становится равным моменту нагрузки при меньшем токе. Эта особенность двигателя последовательного возбуждения используется там, где есть значительные механические перегрузки двигателя: на электрифицированном транспорте, в подъемно-транспортных механизмах и других устройствах.

Регулирование частоты вращения. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока, как указывалось выше, возможно тремя способами.

Изменение возбуждения можно осуществить включением реостата R_р1 параллельно обмотке возбуждения (см. рис. 1.31) или включением реостата R_р2параллельно якорю. При включении реостата R_р1 параллельно обмотке возбуждения магнитный поток Ф можно уменьшать от номинального до минимального Ф_min. Частота вращения двигателя при этом будет увеличиваться (в формуле (1.11) уменьшается коэффициент k). Механические характеристики, соответствующие этому случаю, показаны на рис. 1.32, кривые 2, 3. При включении реостата параллельно якорю ток в обмотке возбуждения, магнитный поток и коэффициент k увеличиваются, а частота вращения двигателя уменьшается. Механические характеристики для этого случая изображены на рис. 1.32, кривые 4, 5. Однако регулирование вращения реостатом, включенном параллельно якорю, применяется редко, так как потери мощности в реостате и КПД двигателя уменьшается.

Изменение частоты вращения путем изменения сопротивления цепи якоря возможно при включении реостата R_р3 последовательно в цепь якоря (рис. 1.31). Реостат R_р3 увеличивает сопротивление цепи якоря, что ведет к уменьшению частоты вращения относительно естественной характеристики. (В (1.11) вместо R_я надо подставить R_я + R_р3.) Механические характеристики при этом способе регулирования представлены на рис. 1.32, кривые 6, 7. Подобное регулирование используется сравнительно редко из-за больших потерь в регулировочном реостате.

Наконец, регулирование частоты вращения изменением напряжения сети, как и в двигателях параллельного возбуждения, возможно только в сторону уменьшения частоты вращения при питании двигателя от отдельного генератора или управляемого выпрямителя. Механическая характеристика при этом способе регулирования изображена на рис. 1.32, кривая 8. При наличии двух двигателей, работающих на общую нагрузку, они с параллельного соединения могут переключаться на последовательное, напряжение U на каждом двигателе при этом уменьшается вдвое, соответственно уменьшается и частота вращения.

Тормозные режимы двигателя последовательного возбуждения. Режим генераторного торможения с отдачей энергии в сеть в двигателе последовательного возбуждения невозможен, так как получить частоту вращения n>n_x не представляется возможным (n_х = ).

Режим торможения противовключением можно получить, так же как в двигателе параллельного возбуждения, путем переключения выводов обмотки якоря или обмотки возбуждения.

Характеристика дпт со смешанным возбуждением.

Принципиальная схема электродвигателя смешанного возбуждения приведена на рис. 1. В этом двигателе имеются две обмотки возбуждения – параллельная (шунтовая, ШО), подключенная параллельно цепи якоря, и последовательная (сериесная,СО), подключенная последовательно цепи якоря. Эти обмотки по магнитному потоку могут быть включены согласно или встречно.

Рис. 1 — Схема электродвигателя смешанного возбуждения.

При согласном включении обмоток возбуждения их МДС складываются и результирующий поток Ф примерно равен сумме потоков, создаваемых обеими обмотками. При встречном включении результирующий поток равен разности потоков параллельной и последовательной обмоток. В соответствии с этим, свойства и характеристики электродвигателя смешанного возбуждения зависят от способа включения обмоток и от соотношения их МДС.

Скоростная характеристика n=f (Ia) при U=Uн и Iв=const (здесь Iв — ток в параллельной обмотке).

С увеличением нагрузки результирующий магнитный поток при согласном включении обмоток возрастает, но в меньшей степени, чем у двигателя последовательного возбуждения, поэтому скоростная характеристика в этом случае оказывается более мягкой, чем у двигателя параллельного возбуждения, но более жесткой, чем у двигателя последовательного возбуждения.

Соотношение между МДС обмоток может меняться в широких пределах. Двигатели со слабой последовательной обмоткой имеют слабо падающую скоростную характеристику (кривая 1, рис. 2).

рис.2 рис.3

Рис. 2 — Скоростные характеристики двигателя смешанного возбуждения.

Чем больше доля последовательной обмотки в создании МДС, тем ближе скоростная характеристика приближается к характеристике двигателя последовательного возбуждения. На рис.2 линия 3 изображает одну из промежуточных характеристик двигателя смешанного возбуждения и для сравнения дана характеристика двигателя последовательного возбуждения (кривая 2).

При встречном включении последовательной обмотки с увеличением нагрузки результирующий магнитный поток уменьшается, что приводит к увеличению скорости двигателя (кривая 4). При такой скоростной характеристике работа двигателя может оказаться неустойчивой, т.к. поток последовательной обмотки может значительно уменьшить результирующий магнитный поток. Поэтому двигатели со встречным включением обмоток не применяются.

Механическая характеристика n=f (М) при U=Uн и Iв=const. двигателя смешанного возбуждения показана на рис.3 (линия 2).

Рис. 3 — Механические характеристики двигателя смешанного возбуждения.

Она располагается между механическими характеристиками двигателей параллельного (кривая 1) и последовательного (кривая 3) возбуждения. Подбирая соответствующим образом МДС обеих обмоток, можно получить электродвигатель с характеристикой, близкой к характеристике двигателя параллельного или последовательного возбуждения.

23. Угловаяхар-ка синхронной машины.

Угловой характеристикой синхронной машины называют зависимость при постоянном токе возбуждения, напряжении и частоте сети ( , , ). Знание этой характеристики позволяет установить ряд важных свойств синхронной машины, определяющих устойчивость ее работы параллельно с сетью.Найдем эту зависимость для синхронной машины с явнополюсным ротором, полагая, что сопротивление якоря равно нулю ( ) и машина не насыщена.

Активная мощность синхронной машины определяется выражением

.

Для преобразования этого выражения в искомую зависимость воспользуемся векторной диаграммой синхронной машины, включенной в мощную сеть с напряжением и и работающей в режиме генератора с выдачей реактивной мощности в сеть (рис. 5.37).

24. Устройство и пр-п действия МПТ

Воснове принципа действия электрических машин лежит закон электромагнитной индукции. Согласно этому закону, в проводнике, перемещающемся относительно магнитного поля в плоскости, перпендикулярной к направлению магнитных силовых линий, индуктируется электродвижущая сила — э. д. с. (рис. 1), величину которой определяют из формулы:e=vlB

Между двумя полюсами поместим виток, намотанный на стальной цилиндр. Силовые линии направлены радикально по отношению к стальному цилиндру, причем полюса имеют такую форму, что магнитная индукция в воздушном зазоре между полюсами и стальным цилиндром распределена синусоидально. Зазор между полюсами и цилиндром неодинаков: между серединой полюса и цилиндром зазор меньше, чем между краями полюсов и цилиндром. При такой конструкции направление движения проводника везде перпендикулярно к направлению магнитных силовых линий.

При вращении витка в нем индуктируется э. д. с, синусоидальная по форме кривой, так как магнитная индукция в зазоре синусоидальна.Когда виток абвг расположен горизонтально, индуктируемая в нем э.д.с. равна нулю, так как стороны витка движутся в пространстве, где магнитная индукция равна нулю. При вертикальном положении витка его стороны движутся в поле с макси­мальной магнитной индукцией, поэтому и э. д. с. имеет максимальное значение. Когда проводаб проходит под северным полюсом, э. д. с. в этом проводе направлена от нас; если проводаб проходит под южным полюсом, то э. д. с. в проводе изменяет свое направление, таким образом, в витке индуктируется переменный ток.

Для выпрямления тока применяют коллектор. Простейший коллектор — это два изолированных полукольца, к которым присоединяют концы витка (рис. 8). Щетки на коллекторе устанавливают так, чтобы они переходили с одного полукольца на другое, когда индуктируемаяэ.д.с. в витке равна нулю.

Щетка А соприкасается всегда с тем по­лукольцом, провод откоторого проходит под северным полюсом, а щеткаБ с полуколь­цом, провод от которо­го проходит под южным полюсом. Поэтому во внешней цепи токтянет в одном направлении от щеткиБ к щеткеА. Щетка, с которой

ток стекает в сеть, имеет знак плюс (+), а к которой ток притекает, — знак минус (—).

Выпрямленный ток пульсирует. При одном витке величины э. д. с. и тока изменяются от нуля до макси­мума. Для уменьшения пульсации на барабан наматывают большое число витков» Рассмотрим простейший генератор с двумя витками, намотанными на стальное кольцо, каждый виток присоединяют к паре коллекторных пластин так, чтобы цепь обмотки была замкнутой. Оба витка как источники э. д. с. оказываются включен­ными параллельно, и э. д. с. на щетках определяется величиной э. д. с. одного витка, ток же в цепи нагрузки может быть в 2 раза больше, чем при одном витке. Кривая выпрямленного тока и э. д. с. имеет такой же вид, как и при одном витке (рис. 8),

^{Устройство машины постоянного тока}

Машина постоянного тока состоит из следующих основных частей; станины, полюсов, якоря с коллектором, подшипниковых щитов с подшипниками, щеткодержателей со щетками (рис. 12).

^{Рис. 12, Машина постоянного тока в разобранном виде}

1 — подшипниковый щит левый,2 — станина с полюсами,3 — подшипниковый щиг правый,4 — якорь,5 — траверса

^{с щеткодержателями}

Станинамашины — это замкнутыймагнитопровод, обычно выполненный из стали. К внутренней части станины прикрепляют главные и дополнительные полюса. В нижней наружной части станина имеет лапы, при по­мощи которых машину крепят на фундаменте. К бокам станины прикреплены подшипниковые щиты, в которых установлены подшипники скольжения или качения. В современных быстроходных машинах ставят подшипники качения (роликовые или шариковые).

К станине двигателя болтами крепятся главные и добавочные полюсы. На валу двигателя находится магнитопровод якоря с обмоткой якоря. Секции обмотки якоря присоединены к коллектору. На вал двигателя напрессованы вентилятор и балансировочное кольцо. Якорь машины соединяют со статором подшипниковые щиты, в которых находятся подшипники, закрепленные крышками. К одному из подшипниковых щитов крепится траверса, на которой расположены щеточные пальцы со щеткодержателями. В щеткодержателях находятся щетки, обеспечивающие при вращении скользящий контакт с коллектором. Охлаждение двигателя осуществляется вентилятором, который прогоняет воздух через машину от подшипникового щита, на котором крепится траверса со щетками, через промежутки между обмотками главных и добавочных полюсов к другому щиту машины. Воздух в машину засасывается через отверстия в защитной ленте, расположенные у щита со щетками, и выбрасывается через отверстия в станине, закрытые лентой у другого щита. Направление потока воздуха обеспечивается диффузором. На станине машины находится также коробка выводов Обмотки возбуждения расположены на главных полюсах Полюсы собираются из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5—2 мм и крепятся шпильками. Иногда полюсы выполняются литыми. В полюсах имеются отверстия с резьбой для крепления полюсов к станине. Катушки обмотки независимого или параллельного возбуждения выполняются из относительно тонкого провода, а катушки обмотки последовательного возбуждения— из проводов большого сечения, так как по ним протекает ток якоря. Катушки возбуждения укрепляются на полюсах с помощью изоляционных прокладок и клиньев. Катушки отделены друг от друга каналами, которые обеспечивают лучшее охлаждение обмоток возбуждения. Для намотки катушек обмоток возбуждения применяются провода круглого и прямоугольного сечения. Добавочные полюсы расположены между главными полюсами и предназначены для обеспечения удовлетворительной коммутации, что является необходимым условием для надежной работы машины постоянного тока. В машинах постоянного тока станина является одновременно ярмом статора и в ней замыкается поток возбуждения. Ярмо выполняется из стального литья, проката, а в машинах небольшой мощности — из труб. В некоторых случаях для обеспечения быстродействия ярмо выполняется шихтованным. Сердечник якоря набирается из таких же штампованных дисков электротехнической стали толщиной 0,5 мм, как и в машинах переменного тока. В листах сердечника имеются пазы, отверстия для вала и вентиляционные каналы. В зависимости от мощности пазы выполняются открытыми или полузакрытыми. Закрытые пазы в машинах постоянного тока не применяются. Форма паза зависит от мощности машины и используемого провода. Провода обмотки якоря, как правило, медные. В машинах постоянного тока большой мощности, имеющих диаметр ротора больше 990 мм, сердечник якоря набирают из сегментов, которые прикрепляют к ребрам крестовины якоря. Размеры сегментов выбирают, исходя из лучшего раскроя листа.

25.Активная, индуктивная и емкостная нагрузка синхронного генератора.

Чисто активная нагрузка(рис. 3.2).При чисто активной нагрузке ток якоря совпадает по фазе с ЭДС. Это означает, что во всех проводниках якоря Е и Iбудут иметь одинаковое направление. На рис. 3.2 это иллюстрируется на векторной диаграмме и на осцилограмме. По направлению ЭДС в проводниках определим направления токов. Токи в верхней половине якоря направлены (+), в нижней половине направлены (·) и согласно “правилу буравчика” такая система токов создает поле реакции Ф_анаправленное перпендикулярно полю возбуждения Ф_в. Таким образом чисто активный ток якоря создает поперечную реакцию Ф_а=Ф_q. Рассматривая установившийся режим синхронной машины, следует помнить, что вся картина распределения ЭДС и токов, индуктор и магнитные поля вращается относительно статора с синхронной скоростью nи неподвижна относительно индуктора. Это означает что электромагнитные процессы протекают только в якоре, а в индукторе их по прежнему нет.

Чисто индуктивная нагрузка.При такой нагрузке ток I отстает от ЭДС на 90 эл. градусов. При положении индуктора показанном на рисунке 3.3 ЭДС в проводнике Амаксимальна и направлена (+), тогда максимальное значение тока I с направлением (+) будет в проводнике отстающем от А на 90 эл. градусов (на рисунке он не показан) а также в проводниках С и Y.

Направления токов в остальных проводниках также показаны на рис. 3.3. Полученная система токов в обмотке якоря создает магнитное поле Ф_а направленное навстречу полю возбуждения и таким образом размагничивает генератор. Таким образом чисто индуктивный ток создает продольную размагничивающую реакцию якоря Ф_а=-Ф_d.

Вывод о размагничивании машины полностью соответствует физическим представлениям об индуктивной нагрузке. К