Классификация электрических машин по способу возбуждения

Открытое акционерное общество «Российские железные дороги»

Свердловский учебный центр профессиональных квалификаций –

структурное подразделение Свердловской железной дороги

КОНСПЕКТ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ВЛ11, ВЛ11м

для групп подготовки машинистов и помощников машиниста электровоза

Электрические машины электровозов

Электрические машины подразделяют по назначению на два основных вида: электрические генераторы и электрические двигатели.

Генераторы предназначены для выработки электрической энергии, преобразуют механическую энергию в электрическую. Для этого надо вращать его вал каким-либо двигателем. На тепловозе, например, генератор приводят во вращение дизелем, на тепловой станции – паровой турбиной.

Электродвигателипреобразуют электрическую энергию в механическую и предназначены для приведения в движение колёсных пар локомотивов, вращения валов вспомогательных машин (вентиляторов, компрессоров и т.д.). Поэтому для работы электродвигателя его надо соединить проводами с источником электрической энергии, т.е. включить в электрическую цепь.

Работа электродвигателя основана на явлении взаимодей­ствия проводника, по которому проходит электрический ток, с магнитным полем. При этом возникает механическая сила, ко­торая в зависимости от направления магнитного поля и тока в проводнике заставляет проводник перемещаться в ту или иную сторону.

Проводники обмотки укреплены на якоре. В результате взаимодействия магнитного поля с обмоткой, подключенной к источнику электрического тока, якорь начинает вращаться. На­правление вращения определяется по правилу левой руки.

Рис. 5.8. Взаимодействие магнитных полей полюсов и провода якоря:

а — магнитное поле полюсов;

б— магнитное поле одного витка;

в — взаимодействие магнитного поля полюсов и поля витка 1;

г — взаимодействие магнитного поля полюсов и поля витка 2

На рис. 5.8 показано взаимодействие магнитных полей полюсов и проводов якоря. В результате взаимодействия этих полей виток 1 вместе с коллектором начнет вращаться по направлению часовой стрелки (рис. 5.8.в). Когда он займет положение, изображенное на рис. 5.8.г, пара пластин коллектора (к которым присоединен этот виток) выйдет из-под щёток и ток перестанет проходить по этому витку, но под щетками окажется вторая пара пластин и ток пойдет теперь по витку 2. Виток 2 будет вращаться в ту же сторону, что и виток 1.

Основные части электрических машин

Основными частями машины постоянного тока являются: остов (станина), полюсы, якорь, щёточный аппарат и некоторые вспомогательные детали, служащие для конструктивного оформления машины.

Остов (станина)– неподвижная часть машины, отливается из стали, служит для крепления полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода.

Полюсы. В современных стационарных и тяговых машинах устанавливают главные и добавочные полюсы.

Главные полюсы, на которых расположены катушки обмотки возбуждения, служат для создания в машине магнитного потока возбуждения. Часть сердечника главного полюса со стороны, обращённой к якорю, выполнена более широкой и называется полюсным наконечником. Эта часть служит для поддержания катушки, а также для лучшего распределения магнитного потока по поверхности якоря. Электрические машины могут иметь два, четыре, шесть главных полюсов.

Добавочные полюсыобеспечивают уменьшение искрения (улучшения коммутации), возникающего при работе машины. По своим размерам они меньше главных полюсов. Число добавочных полюсов обычно равно числу главных.

Якорь состоит из:

· сердечника (изолированные друг от друга листы из электротехнической стали), насаженного на вал якоря;

· обмотки (уложенной в пазы якоря);

· коллектора (изолированные друг от друга клинообразные пластины);

Щёточный аппарат служит для соединения коллектора с внешней цепью.

Остов, полюсы и якорь составляют магнитную систему машины, через которуюзамыкается магнитный поток, созданный обмоткой возбуждения. Воздушный зазор между якорем и полюсами является также одним из участников магнитной цепи.

Классификация электрических машин по способу возбуждения

По способам возбуждения машины постоянного тока можно классифицировать следующим образом:

· машины независимого возбуждения, в которых обмотка возбуждения (0В) питается постоянным током от источника, электрически не связанного с обмоткой якоря;

· машины параллельного возбуждения, в которых обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены параллельно;

· машины последовательного возбуждения, в которых обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены последовательно;

· машины смешанного возбуждения, в которых имеются две обмотки возбуждения – параллельная ОВ1 и последовательная ОВ2;

Двигатели с последовательным возбуждением:

Преимущества:

— широкий предел регулирования тягового момента;

— широкий предел регулирования скорости;

— постоянство мощности, потребляемой электровозом: M₁×V₁ = M₂×V₂

Недостатки:

— мягкость характеристик сказывается на наличии режима разносного боксования;

—при скачках напряжения появляются скачки силы тяги и колебания скорости.

Дата добавления: 2018-06-27 ; просмотров: 856 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Способы возбуждения машин постоянного тока и их классификация

Ток, 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.

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

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).

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.

Классификация электродвигателей постоянного тока (ЭПТ) по способу возбуждения

ДПТ конструктивно состоит из двух основных частей: подвижной части (якоря) и неподвижной части (статора), в которой находится обмотка возбуждения двигателя. Двигатель питается постоянным напряжением. В зависимости от способа включения обмотки возбуждения различают 4 основных типа электродвигателей.

1. ДПТ с независимым возбуждением (рис. 3.1, а). В данном случае источники питания цепи якоря двигателя и цепи обмотки возбуждения (ОВ) являются разными, иногда с разным уровнем напряжения. В связи с этим поведение тока возбуждения не зависит от цепи якоря (при пренебрежении влиянием реакции якоря), что при неизменности тока возбуждения делает характеристики двигателя линейными.

2. При параллельном способе включения обмотки возбуждения и якоря включают в одну сеть параллельно друг другу (рис. 3.1, б). При условии наличия сети бесконечной мощности напряжение на зажимах обмоток остаётся постоянным и характеристики ДПТ с ПВ аналогичны характеристикам ДПТ с НВ. Поэтому часто ограничиваются рассмотрением ДПТ с независимым возбуждением.

3. У ДПТ с последовательным возбуждением имеется последовательная (сериесная) обмотка, которая включается последовательно с обмоткой якоря двигателя (рис. 3.1, в). Такое включение приводит к тому, что поток, создаваемый ОВ, зависит от тока двигателя, который в процессе работы и переходных процессов подвергается значительным изменениям. Данный тип двигателя обладает нелинейной механической характеристикой.

4. ДПТ со смешанным возбуждением. В этом случае двигатель имеет две обмотки возбуждения: последовательную и параллельную, и результирующий магнитный поток складывается из двух составляющих. Подключение цепи якоря выполняется так же, как на рис. 3.1, в, а обмотки возбуждения, как на рис. 3.1, а, б.

Дата добавления: 2016-12-26 ; просмотров: 1476 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Классификация машин постоянного тока по способу возбуждения

Рабочие свойства машин постоянного тока зависят в значитель­ной мере от способа соединения обмотки возбуждения с якорем машины. По способу питания обмотки возбуждения машины посто­янного тока подразделяются: на машины с параллельным возбуж­дением (шунтовые), машины с последовательным возбуждением (сериесные) и машины со смешанным возбуждением (компаундные) (рис. 2.10). Машины с параллельным и смешанным возбужде­нием применяют в качестве, как генераторов, так и двигателей, с последовательным возбуждением — только в качестве двигателей.

В машинах с параллельным возбуждением обмотка возбужде­ния присоединяется параллельно обмотке якоря (рис. 2.10, а), в машинах с последовательным возбуждением — последовательно с обмоткой якоря (рис.2.10, б). В машинах со смешанным возбужде­нием обмотка возбуждения имеет две части: одну, соединенную параллельно, а другую — последовательно с обмоткой якоря (рис. 2.10, в). Обмотки возбуждения, присоединяемые параллельно, вы­полняют из проводов небольшого сечения; обмотки же, присое­диняемые последовательно, рассчитываемые на прохождение че-рез них полного тока генератора, выполняют из проводов большо­го сечения.

ЭДС, которую развивает любой генератор постоянного тока, прямо пропорциональна числу его оборотов и величине магнит­ного потока, создаваемого полюсами. Магнитный же поток зави­сит от тока в обмотке возбуждения. Регулирование ЭДС генератора постоянного тока может осуществляться изменением либо числа его оборотов, либо величины тока возбуждения:

где р — число пар полюсов; N — число всех проводников обмот­ки; а — число параллельных ветвей; Ф — магнитный поток обмот­ки возбуждения (Вб); п — частота вращения якоря, мин» 1 .

2.7. Электродвигатели постоянного тока

Величина вращающегося момента двигателя постоянного тока (М) выражается следующим соотношением:

где к — постоянная двигателя, зависящая от его конструкции; Ф — магнитный поток, Вб; /_я — сила тока якоря, А. Скорость двигателя подчиняется уравнению

где R_я — сопротивление обмотки якоря, Ом.

Двигатель параллельного возбуж­дения, схема включения которого приведена на (рис. 2.11), о, присое­диняется к сети так, чтобы обмот­ка возбуждения всегда находилась под полным напряжением сети. Поэтому магнитный поток двига­теля остается постоянным, не за­висящим от нагрузки, а сила тока в обмотке якоря возрастает про­порционально нагрузке. Из форму­лы (2.8) видно, что вращающий момент двигателя также возраста­ет пропорционально нагрузке. Ско­рость вращения уменьшается по формуле (2.9) незначительно.

Регулирование скорости враще­ния, как показывает формула (2.9),

постигается изменением напряжения, подводимого к двигателю; вве­дением сопротивления в цепь якоря или изменением магнитного по­тока. Введение сопротивления в цепь якоря вызывает уменьшение ско­рости двигателя; регулирование скорости происходит при постоян­ном моменте. Этот способ применяется для подъемников, лебедок, поршневых компрессоров, насосов и т. д. Однако он связан со значи­тельными потерями, обусловленными нагревом добавочного сопро­тивления, через которое протекает весь ток якоря. Наибольшее рас­пространение имеет регулирование частоты вращения двигателя из­менением магнитного потока. Это достигается реостатом, включен­ным в обмотку возбуждения. При уменьшении силы тока возбужде­ния уменьшается магнитный поток, а следовательно, увеличивается частота вращения двигателя. В этом случае регулирование происходит при постоянной мощности. Включение реостата в цепь обмотки воз­буждения не вызывает значительных потерь энергии благодаря не­большому значению силы тока возбуждения. В двигателе параллельно­го возбуждения обмотка возбуждения имеет большое сопротивление и, следовательно, сила тока в этой обмотке и в реостате невелика.

Электродвигатель с последовательным возбуждением включают в сеть по схеме, изображенной на рис. 2.11, б. Своими характеристи­ками двигатели последовательного возбуждения значительно от­личаются от двигателей параллельного возбуждения. Вследствие того, что через обмотку возбуждения двигателя, последовательно соединенную с обмоткой якоря, проходит весь его ток, одновре­менно с увеличением нагрузки двигателя резко возрастает величи­на магнитного потока его полюсов. Также резко падает число его оборотов, которое, как уже отмечалось, изменяется обратно про­порционально магнитному потоку. В связи с этим такие двигатели, uo-первых, развивают большой вращающийся момент при малых оборотах (в частности, при пуске в ход) и, во-вторых, обладают большой перегрузочной способностью. Вместе с тем, с уменьше­нием нагрузки на валу частота вращения двигателя быстро возра­стает и при малых нагрузках (меньше 1/4 нормальной), он приоб­ретает скорость, опасную для его целостности. Вхолостую, т. е. без нагрузки, сериесные электродвигатели вообще нельзя пускать — они идут, как принято говорить, на «разнос». Это является отри­цательным свойством сериесного электродвигателя.

По своим характеристикам эти электродвигатели больше всего подходят для привода подъемно-транспортных устройств. Их ши­роко применяют в электрической тяге (трамваи, троллейбусы, электрические железные дороги).

В строительной практике двигатели последовательного возбуж­дения применяют на некоторых типах мощных экскаваторов с питанием от двигатель-генераторов и на электрических погрузчи­ках с питанием от аккумуляторов.

Регулирование скорости двигателей последовательного возбуж­дения принципиально не отличается от двигателей с параллель­ным возбуждением, только значение силы тока в обмотке возбуж­дения или якоря изменяется не реостатом, а их шунтированием — отводом части тока от этих обмоток.

Для изменения направления вращения двигателей постоянного тока (реверсирование) необходимо изменить полярность магнитного поля или направление силы тока в обмотке якоря. Эту операцию выполняют переключением соответствующих обмоток — якоря или возбуждения.