Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Двигатель с последовательным возбуждением - файл 1.doc


Двигатель с последовательным возбуждением
скачать (130.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc131kb.03.12.2011 08:09скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Домашние задание №2

(модуль 5)

«Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением. Назначение элементов. Принцип работы»

гр.ТП-07

Асмолкова О. А.

I семестр 2009
Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением. Назначение элементов. Принцип работы
1.Устройство и назначение элементов двигателя постоянного тока.

Двигатель постоянного токаэлектрическая машина, машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию. Он состоят, как и все машины постоянного тока, из неподвижного статора с полюсами и вращающегося ротора (якоря) с коллектором.

Статор машины постоянного тока состоит из цилиндрической станины (корпуса), полюсов с обмоткой возбуждения и подшипниковых щитов (рис. 2. 1.). На станине укрепляються основные (главные) полюсы для возбуждения главного магнитного потока и дополнительные для улучшения коммутации в двигателе. Главный полюс состоит из сердечника полюса, набранного из листовой стали и укрепленного болтами на станине, и катушки обмотки возбуждения. Сердечник на свободном конце снабжается полюсным наконечником для создания требуемого распределения магнитной индукции вдоль окружности якоря. Станина 3 является ярмом машины, т. е. частью, замыкающей магнитную цепь главного потока Ф. Она изготовляется из литой стали, так как магнитный поток в ней относительно постоянен. Дополнительные полюсы устанавливаются на станине между основными. Их обмотка соединяется последовательно с обмоткой якоря. Назначение этих полюсов – создавать дополнительное магнитное поле. Это нужно для того, чтобы щетки на коллекторе не искрились.

Якорем (ротором) называют часть машины, в обмотке которой при вращении ее относительно главного магнитного поля индуктируется ЭДС. Якорь 5 двигателя постоянного тока состоит из стального вала, стального зубчатого сердечника, обмотки, уложенной в его пазах, и коллектора, насаженного на вал якоря (рис. 2. 1.). Обмотки возбуждения необходимы для обеспечения оптимального взаимодействия между магнитными полями ротора и статора (т. е. создани максимального момента на роторе). Характерной частью двигателя (или любой электрической машины) постоянного тока является коллектор. Это полый цилиндр, собранный из изолированных друг от друга клинообразных медных пластин. Пластины коллектора также изолированы от вала двигателя. Проводниками они соединяются с нитками обмотки, размещенцой в пазах якоря. Вращающаяся обмотка соединяется с внешней цепью скользящим контактом между щетками и коллектором. Коллектор в машинах постоянного тока служит для выпрамления переменной ЭДС, индуктируемой во вращающейся обмотке якоря, и для получения постоянного по направлению электромагнитного момента.


Рис. 2. 1. Устройство двигателя постоянного тока:

1 — обмотка возбуждения; 2 — полюсы; 3 — станина; 4 — полюсный наконечник; 5 — якорь; 6 — провод­ники якорной обмотки;

7 — зубчатый сердеч­ник якоря; 8 — воздушный зазор машины

2. Принцип работы двигателя постоянного тока

2.1 Общие сведения

При вращении обмотки якоря в неподвижном магнитном поле, в ней индуктируется переменная ЭДС, изменяющаяся с частотой:

,

где n - скорость вращения якоря.

При вращении якоря между любыми двумя точками обмотки якоря действует переменная ЭДС. Однако между неподвижными контактными щетками действует постоянная по величине и направлению ЭДС E, равная сумме мгновенных значений ЭДС, индуктированных во всех последовательно соединенных витках якоря, расположенных между этими щетками.

Зависимость ЭДС Е от магнитного потока машины и скорости вращения якоря имеет вид:

,



При подключении обмотки якоря к сети с напряжением U, ЭДС Е будет приблизительно равна напряжению U, и скорость вращения ротора:



Следовательно, благодаря наличию коллектора при работе машины постоянного тока в двигательном режиме скорость вращения ротора не связана жестко с частотой сети, а может изменяться в широких пределах путем изменения напряжения U и магнитного потока Ф. Ось симметрии, разделяющая полюса машины постоянного тока, называется ее геометрической нейтралью.

При разомкнутой внешней цепи ток в обмотке якоря не будет протекать, т. к. ЭДС, индуктированные в двух частях обмотки якоря, расположенных по обе стороны геометрической нейтрали, направлены встречно и взаимно компенсируются. Для того чтобы подать от обмотки якоря во внешнюю цепь максимальное напряжение, эту цепь нужно присоединить к двум точкам обмотки якоря, между которыми действует наибольшая разность потенциалов, где и следует устанавливать щетки. При вращении якоря точки смещаются с геометрической нейтрали, но к щеткам будут подходить все новые и новые точки обмотки, между которыми действует ЭДС Е, поэтому ЭДС во внешней цепи будет неизменна по величине и направлению. Для уменьшения пульсаций ЭДС при переходе щеток с одной коллекторной пластины на другую в каждую параллельную ветвь обмотки якоря обычно включается не менее 16 активных проводников.

На якорь, по обмотке которого протекает ток I, действует электромагнитный момент:



При работе машины в двигательном режиме электромагнитный момент является вращающим.

2.2 Реакция якоря двигателя постоянного тока

При холостом ходе магнитный поток в двигателе создается только НС ^ Fв обмотки возбуждения. В этом случае магнитный поток Фв при неизменном воздушном зазоре между якорем и сердечником главного полюса (что характерно для многих машин постоянного тока) распределяется симметрично относительно продольной оси машин.

При работе машины под нагрузкой по обмотке якоря проходит ток, и НС якоря создает свое магнитное поле. Воздействие поля якоря на магнитное поле машины называют реакцией якоря. Магнитный поток Фaq , созданный НС якоря Faq в двухполюсной машине при установке щеток на нейтрали направлен по поперечной оси машины, поэтому магнитное поле якоря называют поперечным. В результате действия потока Фaq симметричное распределение магнитного поля машины искажается, и результирующий поток Фрез оказывается сосредоточенным в основном у краев главных полюсов. При этом физическая нейтраль б-б (линия, соединяющая точки окружности якоря, в которых индукция равна нулю) смещается относительно геометрической нейтрали а-а на некоторый угол β (рис.2.2). В двигателях физическая нейтраль смещается против направления вращения.

На основании закона полного тока НС якоря, действующая в воздушном зазоре на расстоянии x от оси главных полюсов определится выражением:



Следовательно, НС якоря Faq изменяется линейно вдоль его окружности; под серединой главного полюса она равна нулю, а в точках, где установлены щетки, имеет максимальное значение. Магнитная индукция в воздушном



^ Рис2.2 - Магнитное поле двигателя постоянного тока: а) от обмотки возбуждения; б) от обмотки якоря; в) результирующее (Фв - магнитный поток при х.х.; Фaq - магнитный поток, созданный НС якоря; Фрез - результирующий поток; а-а - геометрическая нейтраль; б-б - физическая нейтраль; β – угол смещения нейтрали б-б)

зазоре при ненасыщенной магнитной системе:

,

где - величина воздушного зазора в точке x.

2.3 Момент двигателя постоянного тока

 Если обмотку возбуждения и якорь двигателя подключить к сети постоянного тока напряжением ^ U то, возникает электромагнитный вращающий момент Мэм. Полезный вращающий момент М на валу двигателя меньше электромагнитного на значение противодействующего момента, со­здаваемого в машине силами трения и равного моменту Мх в режиме х.х., т. е. М = Мэм—Мх.

Пусковой момент двигателя должен быть больше статического тормозного Мт в состоянии покоя ротора, иначе якорь двигателя не начнет вращаться. В установившемся режиме (при n = соnst) имеет место равновесие вращающего М и тормозного Мт моментов:

М = Мэм – Мх = Мт

Из механики известно, что механическая мощность двигателя мо­жет быть выражена через вращающий момент и угловую скорость



Следовательно, полезный   вращающий момент двигателя ^ М (Н • м), выраженный через полезную мощность Р (кВт) и частоту вращения n (об/мин),

М =9550P/n

Обсудим некоторые важные вопросы пуска и работы двигателей постоянного тока. Из уравнения электрического состояния двигателя следует, что

Iя  = (U  --  E)/Rя

В рабочем режиме ток якоря Iя ограничивается э. д. с. E, если n приблезительно равно nном. В момент пуска п = 0, э. д. с. Е = 0 и пусковой ток Iп = U/Rя в 10—30 раз больше номинального. Поэтому прямой пуск двигателя, т. е. непосредственное включение якоря на напряжение сети, недо­пустимо. Чтобы ограничить большой пусковой ток якоря, перед пуском последовательно с якорем включается пусковой реостат Rп с небольшим сопротивлением. В этом случае при Е = О

Iп=U/(Rя – Rп) << U/Rя

Сопротивление реостата Rп выбирается по допустимому току якоря.

По мере разгона двигателя до номинальной частоты вращения э. д. с. Е увеличивается, а ток уменьшается и пусковой реостат по­степенно и полностью выводится (пусковые реостаты рассчитываются на кратковременное включение). Регулировочный реостат Rрег в цепи возбуждения с относительно большим сопротивлением (десятки и сотни Ом) перед пуском двигателя полностью выводится, чтобы при пуске ток возбуждения и магнитный поток статора Ф были номинальными. Это приводит к увеличению пус­кового момента, который обеспечивает быстрый и легкий разгон двигателя.

 После пуска и разгона наступает установившийся режим работы двигателя, при котором тормозной момент на валу ^ Мт будет уравнове­шиваться моментом, развиваемым двигателем Мэм, т. е. Мэм == Мт (при n = соnst.)

Электродвигатели постоянного тока могут восстанавливать нарушенный изменением тормозного момента установившийся режим работы, т. е. могут развивать вращающий момент М, равный новому значению тормозного момента Мт при соответственно новой частоте вращения n'.

Действительно, если тормозной момент нагрузки Мт окажется больше вращающего момента двигателя Мэм, то частота вращения якоря уменьшится. При постоянных напряжении U и потоке Ф это вызовет уменьшение э. д. с. Е якоря, увеличение тока якоря и вращающего момента до наступления равновесия, при котором Мэм = Мт и n' <n. При уменьшении тормозного момента до Мт аналогично наступает установившийся режим работы при Мэм = Мт' и n">n'. Таким образом, двигатели постоянного тока обладают свойством саморегулирования могут развивать вращающий момент, равный  тормозному.

2.4 Регулирование частоты

Частота вращения якоря двигателя постоянного тока определяется на основании уравнения электрического состояния U = Е + RяIя после подстановки в него э. д. с. Е = сФn:



Падение напряжения в якоре RяIя небольшое: при номинальной нагрузке оно не превышает 0,03 — 0,07 Uном.

  Таким образом, частота вращения двигателя постоянного тока прямо пропорциональна приложенному напряжению сети и обратно пропорциональна магнитному потоку статора. Регулировать частоту вращения двигателя можно двумя способами: изменяя поток статора Ф или напряжение U подводимое к двигателю. Регулирование частоты вращения изменением магнитного поля машины осуществляется с помощью регулировочного реостата в цепи возбуждения двигателя. Изме­нение подводимого к двигателю напряжения производится регулиро­ванием напряжения источника.

Можно ввести дополнительный реостат в цепь якоря. В этом случае пусковой реостат заменяется пускорегулирующим Rпр Такой  реостат выполняет функции как пускового реостата, так и регулиро­вочного. Уравнение частоты вращения якоря двигателя постоянного тока при этом имеет вид



Отсюда следует, что регулирование частоты вращения двигателя можно осуществить, изменяя напряжение сети, сопротивление пускорегулирующего реостата или поток статора.

Реверсирование двигателей. Из уравнения вращающего момента двигателя Мэм = kФIя вытекает, что реверсирование, т. е. изменение направления вращения якоря, может быть осуществлено изменением направления тока в обмотке возбуждения (потока Ф) или тока якоря.                           

Для реверсирования двигателя «на ходу» изменяют направление тока якоря (переключением якорных выводов), а обмотку возбужде­ния не переключают, так как она обладает большой индуктивностью и разрыв ее цепи с током недопустим. Реверсирование отключенного двигателя осуществляется и изменением направления тока в обмотке возбуждения (переключением ее выводов).
3. Двигатель с последовательным возбуждением

В двигателе с последовательным возбуждением (рис.2.3а) ток возбуждения равен току якоря: Iв=Iа , поэтому магнитный поток Ф является функцией тока нагрузки Iа. Характер этой функции изменяется в зависимости от величины нагрузки. При Ia<(0,8...0,9) Iном, когда магнитная система ненасыщенна, Ф=кфIа , причем коэффициент пропорциональности Кф в значительном диапазоне нагрузок остается практически постоянным. При дальнейшем возрастании нагрузки поток Ф растет медленнее, чем Ia , и при больших нагрузках (Ia>Iном) можно считать, что Ф=const. В соответствии с этим изменяются и зависимости n=f(Ia), M=f(Ia) (рис. 2.3.б).



а) б)

Рис. 2.3. - а) схема двигателя с последовательным возбуждением; б) зависимости его момента и скорости вращения от тока якоря (Iя – ток якоря; Iв – ток возбуждения; rn – сопротивление нагрузки;
n – скорость вращения; 1 – естественная характеристика; 2,3 - реостатные характеристики соответствующие различным значениям добавочного сопротивления rn).




Кроме естественных характеристик 1, можно путем включения добавочных сопротивлений rn в цепь якоря получить семейство реостатных характеристик 2, 3, и 4. Чем больше величина rn, тем ниже располагается характеристика.

При малых нагрузках скорость n резко возрастает и может превысить максимально допустимое значение (двигатель идет в "разнос"). Поэтому такие двигатели нельзя применять для привода механизмов, работающих в режиме холостого хода и при небольшой нагрузке.

При жесткой характеристике скорость вращения n почти не зависит от момента М, поэтому мощность:

, где С4 - постоянная.

При мягкой характеристике двигателя n обратно пропорционально , вследствие чего:

, где - постоянная.

Поэтому при изменении нагрузочного момента в широких пределах мощность Р2 , а, следовательно, мощность Р1 и ток Ia изменяются у двигателей с последовательным возбуждением в меньших пределах, чем у двигателя с параллельным возбуждением, кроме того, они лучше переносят перегрузки.


Скачать файл (130.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации