Меню

Магнитный поток возбуждения машин постоянного тока

Способы возбуждения машин постоянного тока

date image2020-06-08
views image77

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Законспектировать лекцию, ответить на контрольные вопросы

Лекция

Тема: Принцип действия машины постоянного тока.

План лекции

Электрические машины постоянного тока

Принцип действия.

Применение.

Ключевые слова: принцип действия, устройство, применение, машина постоянного тока

Литература: Б.С. Гершунский «Электротехника с основами промышленной электроники п.9.7

Электрическими машинами называются устройства для преобразования механической энергии в электрическую и наоборот.

Два неподвижных полюса N и S создают магнитный поток. В пространстве между полюсами помещается стальной сердечник в виде цилиндра (рис. 1).

Рис. 1 К принципу действия машины постоянного тока

На наружной поверхности цилиндра помещен виток медной проволоки abcd, изолированный от сердечника. Концы его присоединены к двум кольцам, на которые наложены щетки 1 и 2. К щеткам подключена нагрузка zн.
Если вращать сердечник с частотой n в указанном на рисунке направлении, то виток abcd, вращаясь, будет пересекать магнитные силовые линии, на концах его будет наводиться ЭДС. И если к витку подключена нагрузка zн, то потечет и ток. Направление тока определится правилом «правой руки». Из рисунка видно, что направление тока будет от точек b к а и от d к с. Соответственно во внешней цепи ток течет от щетки 1 к щетке 2. Щетку 1, от которой отводится ток во внешнюю цепь, обозначим (+), а щетку 2, через которую ток возвращается в машину обозначим (-). При повороте витка на 180° проводники аb и cd меняются местами, изменяется знак потенциала на щетках 1 и 2 и изменится на обратное направление ток во внешней цепи.
Таким образом, во внешней цепи течет переменный синусоидальный ток (рис. 2).

Рис. 2 График изменения тока

Чтобы выпрямить переменный ток, необходимо в машине применить коллектор (рис. 3).

Рис. 3 Схема выпрямления тока

В простейшем случае это два полукольца и к ним припаиваются концы витков abcd. Полукольца изолирования друг от друга и от вала. При вращении в витке abcd в нем по-прежнему возникает переменная ЭДС, но под каждой щеткой будет ЭДС только одного знака: верхняя щетка будет иметь всегда (+), а нижняя — всегда (-).

Кривая тока во внешней цепи будет иметь другую форму (рис. 4).

Рис. 4 График выпрямленного тока двумя полукольцами

Из графика видно, что нижняя полуволна заменена верхней. Если применить не один виток, а два и присоединить их концы к коллекторным пластинам, которых теперь 4, то кривая выпрямленного тока будет иной.
При наличии нескольких витков кривая выпрямленного напряжения будет более сглаженной (рис. 5).

Рис. 5 График выпрямления тока коллектором

Машина постоянного тока конструктивно состоит из неподвижной части — статора и вращающейся — ротора. Статор имеет станину, на внутренней поверхности которой крепятся магнитные полюсы с обмотками (рис. .6).

Рис. 6 Статор машины постоянного тока

Ротор машины чаще называется якорем. Он состоит из вала, цилиндрического сердечника, обмотки и коллектора (рис. 7).

Магнитные полюсы и сердечник якоря набираются из отдельных листов электротехнической стали. Листы покрываются изолированной бумагой или лаком для уменьшения потерь на гистерезис и вихревые токи. Коллектор набирают из медных пластин, имеющих сложную форму (рис. 8). Пластины друг от друга изолированы специальной теплостойкой прокладкой. Такая же изоляция имеется между коллектором и валом двигателя. Набор коллекторных пластин образует, цилиндр-коллектор.

Рис. 8 Коллектор машины постоянного тока

К внешней поверхности коллектора прилегают токосъемные щетки, которые выполнены из спрессованного медного и угольного порошка.
Щетка помещается в металлическую обойму и прижимается к коллектору пружинами (рис. 9).

Рис. 9 Щёточное устройство

Способы возбуждения машин постоянного тока

Возбуждение — это понятие, связанное с созданием основного магнитного поля машины. В машинах с электромагнитным возбуждением основное поле создается обмотками возбуждения. Имеются конструкции, в которых возбуждение создается постоянными магнитами, размещенными на статоре.
Различают четыре схемы включения статорных обмоток: с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением (рис. 21.10).

Рис .10 Схемы возбуждения машин постоянного тока

Изображения под пунктами б, в, г на рис. 7.2.1, называются схемами с самовозбуждением. Процесс самовозбуждения происходит за счет остаточной намагниченности полюсов и станины. При вращении якоря в этом, небольшом по величине, магнитном поле (ФОСТ = 0,02 0,03 ФО) индуцируется ЭДС — ЕОСТ.Поскольку обмотка возбуждения подключена через щетки к якорю, то в ней будет протекать ток. Этот ток усилит магнитное поде полюсов и приведет к увеличению ЭДС якоря. Большая ЭДС вновь увеличит ток возбуждения и произойдет нарастание магнитного потока до полного намагничивания машины.
Обмотки якоря машины постоянного тока.

Для работы машины постоянного тока необходимо наличие двух обмоток; обмотки возбуждения и обмотки якоря. Первая, как известно, служит для создания в машине основного магнитного потока, а во второй происходит преобразование энергии.

Читайте также:  Как измерить полезную мощность тока

Обмотка якоря является замкнутой системой проводников, уложенных в пазах.

Элементом якорной обмотки является секция, которая может быть одно — или много витковой. Секция состоит из активных сторон и лобовых частей. При вращении якоря, в каждой из активных сторон индуцируется ЭДС, величина которой равна:

т.е. она зависит от магнитной индукции полюсов ВСР, длины проводника L и скорости его движения V. В реальной машине, будь она генератором или двигателем, в наведении ЭДС участвуют все проводники обмотки якоря.
Величина суммарной ЭДС:

где n — скорость вращения якоря (ротора), об/мин;

Ф — магнитный поток полюсов;

Се — постоянный коэффициент, зависящий от количества витков в секции.

Обмотка якоря может быть петлевой и волновой. Петлевая обмотка, если ее изобразить в развернутом виде, имеет следующий вид (рис. 11):

Рис.11 Петлевая обмотка якоря

Расстояние между активными сторонами одной секции называется первым шагом обмотки — y1. Расстояние между началом второй секции и концом первой называется вторым шагом обмотки — у2. Расстояние между, началами секций, следующих друг за другом, называется результирующим шагом — у. Шаги обмотки определяются числом пазов.
Расстояние между коллекторными пластинами, куда припаиваются начало и конец, принадлежащие одной секции, называется шагом по коллектору — ук. В петлевой обмотке ук= 1. Шаг ук определяется числом коллекторных пластин.
Развернутая волновая обмотка имеет вид: (рис. 21.12).

Рис. 12 Волновая обмотка якоря

Форма волновой обмотки отлична от петлевой и, следовательно, будет иное соединение секций.

Однако шаги волновой обмотки имеют общее с петлевой определение.
Шаг по коллектору здесь значительно больше единицы (ук >> 1).

1. Что представляет собой машина постоянного тока?

2. Опишите устройство и принцип действия машины постоянного тока?

Источник

Способы возбуждения машин постоянного тока

date image2020-06-08
views image76

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Законспектировать лекцию, ответить на контрольные вопросы

Лекция

Тема: Принцип действия машины постоянного тока.

План лекции

Электрические машины постоянного тока

Принцип действия.

Применение.

Ключевые слова: принцип действия, устройство, применение, машина постоянного тока

Литература: Б.С. Гершунский «Электротехника с основами промышленной электроники п.9.7

Электрическими машинами называются устройства для преобразования механической энергии в электрическую и наоборот.

Два неподвижных полюса N и S создают магнитный поток. В пространстве между полюсами помещается стальной сердечник в виде цилиндра (рис. 1).

Рис. 1 К принципу действия машины постоянного тока

На наружной поверхности цилиндра помещен виток медной проволоки abcd, изолированный от сердечника. Концы его присоединены к двум кольцам, на которые наложены щетки 1 и 2. К щеткам подключена нагрузка zн.
Если вращать сердечник с частотой n в указанном на рисунке направлении, то виток abcd, вращаясь, будет пересекать магнитные силовые линии, на концах его будет наводиться ЭДС. И если к витку подключена нагрузка zн, то потечет и ток. Направление тока определится правилом «правой руки». Из рисунка видно, что направление тока будет от точек b к а и от d к с. Соответственно во внешней цепи ток течет от щетки 1 к щетке 2. Щетку 1, от которой отводится ток во внешнюю цепь, обозначим (+), а щетку 2, через которую ток возвращается в машину обозначим (-). При повороте витка на 180° проводники аb и cd меняются местами, изменяется знак потенциала на щетках 1 и 2 и изменится на обратное направление ток во внешней цепи.
Таким образом, во внешней цепи течет переменный синусоидальный ток (рис. 2).

Рис. 2 График изменения тока

Чтобы выпрямить переменный ток, необходимо в машине применить коллектор (рис. 3).

Рис. 3 Схема выпрямления тока

В простейшем случае это два полукольца и к ним припаиваются концы витков abcd. Полукольца изолирования друг от друга и от вала. При вращении в витке abcd в нем по-прежнему возникает переменная ЭДС, но под каждой щеткой будет ЭДС только одного знака: верхняя щетка будет иметь всегда (+), а нижняя — всегда (-).

Кривая тока во внешней цепи будет иметь другую форму (рис. 4).

Рис. 4 График выпрямленного тока двумя полукольцами

Из графика видно, что нижняя полуволна заменена верхней. Если применить не один виток, а два и присоединить их концы к коллекторным пластинам, которых теперь 4, то кривая выпрямленного тока будет иной.
При наличии нескольких витков кривая выпрямленного напряжения будет более сглаженной (рис. 5).

Рис. 5 График выпрямления тока коллектором

Машина постоянного тока конструктивно состоит из неподвижной части — статора и вращающейся — ротора. Статор имеет станину, на внутренней поверхности которой крепятся магнитные полюсы с обмотками (рис. .6).

Рис. 6 Статор машины постоянного тока

Ротор машины чаще называется якорем. Он состоит из вала, цилиндрического сердечника, обмотки и коллектора (рис. 7).

Читайте также:  Схема питания электровоза постоянного тока

Магнитные полюсы и сердечник якоря набираются из отдельных листов электротехнической стали. Листы покрываются изолированной бумагой или лаком для уменьшения потерь на гистерезис и вихревые токи. Коллектор набирают из медных пластин, имеющих сложную форму (рис. 8). Пластины друг от друга изолированы специальной теплостойкой прокладкой. Такая же изоляция имеется между коллектором и валом двигателя. Набор коллекторных пластин образует, цилиндр-коллектор.

Рис. 8 Коллектор машины постоянного тока

К внешней поверхности коллектора прилегают токосъемные щетки, которые выполнены из спрессованного медного и угольного порошка.
Щетка помещается в металлическую обойму и прижимается к коллектору пружинами (рис. 9).

Рис. 9 Щёточное устройство

Способы возбуждения машин постоянного тока

Возбуждение — это понятие, связанное с созданием основного магнитного поля машины. В машинах с электромагнитным возбуждением основное поле создается обмотками возбуждения. Имеются конструкции, в которых возбуждение создается постоянными магнитами, размещенными на статоре.
Различают четыре схемы включения статорных обмоток: с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением (рис. 21.10).

Рис .10 Схемы возбуждения машин постоянного тока

Изображения под пунктами б, в, г на рис. 7.2.1, называются схемами с самовозбуждением. Процесс самовозбуждения происходит за счет остаточной намагниченности полюсов и станины. При вращении якоря в этом, небольшом по величине, магнитном поле (ФОСТ = 0,02 0,03 ФО) индуцируется ЭДС — ЕОСТ.Поскольку обмотка возбуждения подключена через щетки к якорю, то в ней будет протекать ток. Этот ток усилит магнитное поде полюсов и приведет к увеличению ЭДС якоря. Большая ЭДС вновь увеличит ток возбуждения и произойдет нарастание магнитного потока до полного намагничивания машины.
Обмотки якоря машины постоянного тока.

Для работы машины постоянного тока необходимо наличие двух обмоток; обмотки возбуждения и обмотки якоря. Первая, как известно, служит для создания в машине основного магнитного потока, а во второй происходит преобразование энергии.

Обмотка якоря является замкнутой системой проводников, уложенных в пазах.

Элементом якорной обмотки является секция, которая может быть одно — или много витковой. Секция состоит из активных сторон и лобовых частей. При вращении якоря, в каждой из активных сторон индуцируется ЭДС, величина которой равна:

т.е. она зависит от магнитной индукции полюсов ВСР, длины проводника L и скорости его движения V. В реальной машине, будь она генератором или двигателем, в наведении ЭДС участвуют все проводники обмотки якоря.
Величина суммарной ЭДС:

где n — скорость вращения якоря (ротора), об/мин;

Ф — магнитный поток полюсов;

Се — постоянный коэффициент, зависящий от количества витков в секции.

Обмотка якоря может быть петлевой и волновой. Петлевая обмотка, если ее изобразить в развернутом виде, имеет следующий вид (рис. 11):

Рис.11 Петлевая обмотка якоря

Расстояние между активными сторонами одной секции называется первым шагом обмотки — y1. Расстояние между началом второй секции и концом первой называется вторым шагом обмотки — у2. Расстояние между, началами секций, следующих друг за другом, называется результирующим шагом — у. Шаги обмотки определяются числом пазов.
Расстояние между коллекторными пластинами, куда припаиваются начало и конец, принадлежащие одной секции, называется шагом по коллектору — ук. В петлевой обмотке ук= 1. Шаг ук определяется числом коллекторных пластин.
Развернутая волновая обмотка имеет вид: (рис. 21.12).

Рис. 12 Волновая обмотка якоря

Форма волновой обмотки отлична от петлевой и, следовательно, будет иное соединение секций.

Однако шаги волновой обмотки имеют общее с петлевой определение.
Шаг по коллектору здесь значительно больше единицы (ук >> 1).

1. Что представляет собой машина постоянного тока?

2. Опишите устройство и принцип действия машины постоянного тока?

Источник

Способы возбуждения машин постоянного тока и их классификация

Способы возбуждения машин постоянного тока и их классификацияТок, протекающий в обмотке возбуждения основных полюсов, создает магнитный поток . Электрические машины постоянного тока следует различать по способу возбуждения и схеме включения обмотки возбуждения.

Генераторы постоянного тока могут выполняться с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. Следует заметить, что теперь применение в качестве источников энергии генераторов постоянного тока очень ограничено.

Обмотка возбуждения генератора постоянного тока с независимым возбуждением получает питание от независимого источника — сети постоянного тока, специального возбудителя , преобразователя и др. (рис. 1, а). Эти генераторы применяются в мощных системах, когда напряжение возбуждения должно быть выбрано отличным от напряжения генератора, в системах регулирования скорости вращения двигателей, которые питаются от генераторов и других источников.

Значение тока возбуждения мощных генераторов составляет 1,0—1,5% от тока генераторов и до десятков процентов для машин мощностью порядка десятков ватт.

Схемы генераторов постоянного тока

Рис. 1. Схемы генераторов постоянного тока: а — с независимым возбуждением; б — с параллельным возбуждением; в — с последовательным возбуждением; г — со смешанным возбуждением П — потребители

Читайте также:  Бесконечно тонкий проводник с током имеет изгиб радиусом определите индукцию магнитного поля

У г енератора с параллельным возбуждением обмотка возбуждения включается на напряжение самого генератора (смотрите рис. 1,б). Ток якоря I я равен сумме токов нагрузки I п и тока возбуждения I в: I я = I п + I в

Генераторы выполняются обычно для средних мощностей.

Обмотка возбуждения генератора с последовательным возбуждением включена последовательно в цепь якоря и обтекается током якоря (рис. 1, в). Процесс самовозбуждения генератора протекает очень бурно. Такие генераторы практически не используются. В самом начале развития энергетики применялась система передачи энергии с последовательно включенными генераторами и двигателями последовательного возбуждения.

Генератор со смешанным возбуждением имеет две обмотки возбуждения — параллельную ОВП и последовательную ОВС обычно с согласным включением (рис. 1, г). Параллельная обмотка может быть включена до последовательной («короткий шунт») или после нее («длинный шунт»). МДС последовательной обмотки обычно невелика и рассчитана только на компенсацию падения напряжения в якоре при нагрузке. Такие генераторы теперь также практически не применяются.

Схемы возбуждения двигателей постоянного тока подобны схемам для генераторов. Двигатели постоянного тока большой мощности выполняются обычно с независимым возбуждением . У двигателей параллельного возбуждения обмотка возбуждения получает питание от того же источника энергии, что и двигатель. Обмотка возбуждения включается непосредственно на напряжение источника энергии, чтобы не сказывалось влияние падения напряжения в пусковом сопротивлении (рис. 2).

Схема двигателя с параллельным возбуждением

Рис. 2. Схема двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Ток сети Ic составляется из тока якоря I я и тока возбуждения I в.

Схема двигателя последовательного возбуждения подобна схеме на рис. 1, в. Благодаря последовательной обмотке вращающий момент при нагрузке возрастает больше, чем у двигателей параллельного возбуждения, при этом скорость вращения уменьшается. Это свойство двигателей определяет их широкое применение в приводах электровозной тяги: в магистральных электровозах, городском транспорте и др. Падение напряжения в обмотке возбуждения при номинальном токе составляет единицы процентов от номинального напряжения.

Двигатели смешанного возбуждения из-за наличия последовательной обмотки в некоторой мере имеют свойства двигателей последовательного возбуждения. В настоящее время они практически не применяются. Двигатели параллельного возбуждения иногда выполняются со стабилизирующей (последовательной) обмоткой, включаемой согласно с параллельной обмоткой возбуждения, для обеспечения более спокойной работы при пиках нагрузки. МДС такой стабилизирующей обмотки невелика — единицы процентов от основной МДС.

Источник



Способы возбуждения магнитного потока машин постоянного тока

Свойства и характеристики машин постоянного тока зависят от способа создания (возбуждения) основного магнитного потока. Как уже было сказано выше, основной магнитный поток может создаваться постоянными магнитами или электромагнитным способом, когда на стальных сердечниках (полюсах) статора располагается обмотка возбуждения, к которой подводится постоянное напряжение.

При электромагнитном способе возбуждения обмотка возбуждения может соединяться с обмоткой якоря различными способами. В связи с этим различают следующие способы возбуждения машин постоянного тока (рис.3):

Рис. 3

а) независимое возбуждение от постоянных магнитов (обмотка возбуждения отсутствует);

б) независимое электромагнитное возбуждение (обмотка возбуждения не имеет электрической связи с обмоткой якоря. К обмотке возбуждения подводится напряжение от постороннего источника постоянного тока);

в) параллельное электромагнитное возбуждение (обмотка возбуждения подключена параллельно обмотке якоря);

г) последовательное электромагнитное возбуждение (обмотка возбуждения подключается последовательно с обмоткой якоря).

д) смешанное электромагнитное возбуждение (имеется две обмотки возбуждения ОВ1 и ОВ2. Одна подключается последовательно, другая параллельно обмотке якоря).

Генераторы схем в, г, д называют еще генераторами с самовозбуждением. Сущность самовозбуждениязаключается в следующем.

В полюсах генератора всегда имеется небольшой магнитный поток остаточного магнетизма. При вращении ротора этот поток наводит в якоре небольшую ЭДС, под действием которой в обмотке возбуждения потечет небольшой ток. Этот ток усилит магнитный поток полюсов, что приводит к увеличению ЭДС. И далее процесс нарастания тока возбуждения, магнитного потока и ЭДС обмотки якоря будет, происходит до установившегося режима возбуждения.

Наибольшее распространение получили генераторы схем в, б, а.

Двигатели с различными способами возбуждения обладают разными характеристиками и имеют свои достоинства и недостатки.

Двигатели с постоянными магнитами маломощные.

Двигатели с последовательным возбуждением обладают большим пусковым моментом, но частота вращения у них не постоянна. Применяются в лебедках, устройства выпуска закрылков, управление триммерами.

Двигатели с параллельным возбуждением имеют постоянную частоту вращения. Применяются в устройствах, где необходимо постоянство движения: привод магнитной ленты в системах регистрации параметров полета (черные ящики), привод фотопленки в фотоаппаратах и т.д.

Двигатели со смешанным возбуждением обладают и достаточно большим пусковым моментом и достаточно постоянной частотой вращения. Применяются в топливных подкачивающих насосах.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник