Методическое пособие 687
.pdfполюсами N и S, расположен виток abcd. Вращение витка производится посторонним двигателем. Концы витка присоединены к двум полукольцам, закрепленным на валу двигателя. На полукольца наложены неподвижные щётки А и B. Образована электрическая цепь, соединяющая концы витка, щетки и нагрузку. При вращении витка его активные стороны ab и cd пересекают магнитные линии поля и в них наводится периодическая электродвижущая сила (ЭДС). Мгновенное значение ЭДС в проводнике, равно:
e B l V , |
(1.1) |
где B – индукция магнитного поля в точке, где находится проводник, Тл;
l – активная длина проводника, м;
V – линейная скорость вращения проводника, м/с.
При синусоидальном распределении индукции, ЭДС и ток в витке будут изменяться также по синусоидальному закону. Посредством полуколец (коллектора) и щёток переменная ЭДС выпрямляется, и напряжение на щётках становится пульсирующим. В целях уменьшения пульсаций напряжения и повышения его величины по окружности якоря размещается не один, а несколько витков, соответственно этому увеличивается число коллекторных пластин. При отношении числа коллекторных пластин к числу пар полюсов машины восемь и больше, пульсаций напряжения на щётках не превышают одного процента.
Двигатель. На рис. 1.2 показана простейшая модель двигателя. Двигатели постоянного тока находят широкое применение в современном электроприводе, когда требуется плавно и в широких пределах регулировать частоту вращения. Согласно принципу обратимости, электрическая
11
машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.
Принцип работы двигателя основан на взаимодействии основного магнитного поля с токами в проводниках обмотки якоря (рис. 1.2). В результате этого взаимодействия возникает электромагнитная сила Fэм действующая на проводник в магнитном поле:
Fэм B l ia |
(1.2) |
где ia – ток в проводнике, А.
Направление электромагнитной силы определяется правилом левой руки. Произведение силы на плечо (радиус якоря) равно моменту, развиваемому этой силой. Электрическая энергия, подведенная к обмотке якоря в двигателе, преобразуется в механическую энергию.
Устройство машины постоянного тока
Электрическая машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной части, называемой индуктором, которая служит для создания основного магнитного потока, и вращающейся части, называемой якорем. На рис. 1.3 показан продольный и поперечный разрез машины.
Индуктор. Индуктор состоит из станины, главных или основных и добавочных полюсов.
12
13
Рис. 1.3 Продольный и поперечный разрез машины постоянного тока П-61
1 главный полюс; 2 станина; 3 добавочный полюс; 4 сердечник якоря; 5 обмотка якоря; 6 коллектор; 7 вал; 8 подшипник; 9 подшипниковый щит; 10 щеткодержатель; 11 вентилятор; 12 коробка выводов.
Станина. Станина является корпусом машины и служит магнитопроводом. К ней крепятся главные и добавочные полюса.
Главные полюса. Главные полюса машины (рис. 1.4) служат для создания магнитного поля. Они состоят из сердечника 2, катушек возбуждения 4. Часть сердечника, обращенная к якорю, называется полюсным наконечником 3. Конструкция полюсного наконечника выбирается такой, чтобы обеспечить необходимое распределение индукции в воздушном зазоре. Сердечник полюса изолируется от обмотки каркасом 5, изготовленным из изоляционного материала. На сердечнике полюсов располагается одна или несколько катушек возбуждения, которые наматываются из медного изолированного провода. Крепление полюсов к станине осуществляется болтами.
Рис. 1.4. Главные |
Рис. 1.5. |
Рис. 1.6. |
полюса |
Добавочные |
Коллектор |
|
полюса |
|
Добавочные полюса. Добавочные полюса (рис. 1.5) служат для уменьшения искрения под щётками. Они состоят из сердечника 1 и катушки 2. Сердечник добавочного полюса набирается из листов электротехнической стали или
14
выполняется массивным. Катушки добавочных полюсов 2 включаются последовательно с обмоткой якоря.
Полярность добавочного полюса определяется по следующему правилу: за главным полюсом данной полярности по направлению вращения в случае генератора следует добавочный полюс противоположной полярности, а в случае двигателя добавочный полюс той же полярности.
Якорь. Якорь машины (рис. 1.3) состоит из коллектора 6, сердечника 4 с обмоткой 5, которые крепятся на валу 7.
Сердечник якоря. Сердечник якоря представляет собой цилиндр, набранный из листов электротехнической стали толщиной 0,35 0,5 мм, которые перед сборкой покрываются изоляционным лаком. На наружной поверхности сердечника изготовляются пазы, в которых укладывается обмотка якоря.
Обмотка якоря. Обмотка якоря состоит из секций, выполненных из медного изолированного провода, круглого или прямоугольного сечения. Секции якоря укладываются в пазы. Концы секций соединяются между собой и припаиваются к коллекторным пластинам.
Коллектор. Коллектор (рис. 1.6) состоит из отдельных коллекторных пластин 5, изготовленных из меди и тщательно изолированных друг от друга. Коллекторные пластины крепятся при помощи нажимных конусов 4 или заливаются пластмассой.
Щеточный аппарат. Щеточный аппарат (рис. 1.7) служит для соединения обмотки якоря с внешней цепью. Щётки располагаются в щёткодержателях и прижимаются к коллектору с помощью пружины. Щёткодержатели крепятся
кщёточным болтам, которые в свою очередь прикрепляются
ктраверсе. Траверса располагается на подшипниковом щите
9.
15
Рис. 1.7. Щеточный аппарат
Помимо указанных частей машина имеет подшипниковые щиты 9 (см. рис. 1.3), подшипники 8 и коробку выводов 12.
Подшипниковые щиты с помощью болтов крепятся к станине.
Для присоединения обмоток к электрической сети машина снабжается коробкой выводов 12 (рис. 1.3). Выводы обмотки машин постоянного тока обозначаются так, как указано на рис. 1.8.
Д1 |
Д2 |
|
Я1 |
Д2 |
|
Ш1 |
||
|
||
M |
Ш2 |
|
С1 |
||
Я2 |
С2 |
|
Я2 |
||
|
Рис. 1.8. Выводы обмотки МПТ:
Я1, Я2 выводы обмотки якоря;
Д1, Д2 выводы обмотки добавочных полюсов;
Ш1, Ш2 выводы параллельной обмотки возбуждения;
С1, С2 выводы последовательной обмотки возбуждения.
16
Способы возбуждения машины постоянного тока
Свойства электрической машины определяются способом соединения различных обмоток. По способу возбуждения машины постоянного тока можно классифицировать следующим образом (рис. 1.9).
а) |
б) |
в) |
г) |
д) |
|
|
ОВ |
|
ОВ2 |
M |
M |
|
|
M |
|
|
M |
|
M |
ОВ |
|
ОВ |
|
|
|
|
|
|
ОВ1 |
Рис. 1.9. Способы возбуждения МПТ
Машины независимого возбуждения. В машинах независимого возбуждения (рис. 1.9, а), обмотка возбуждения (ОВ) присоединяется к постороннему источнику постоянного тока.
Машины параллельного возбуждения. В машинах параллельного возбуждения (рис. 1.9, б), ОВ и обмотка якоря соединены параллельно.
Машины последовательного возбуждения. В
машинах последовательного возбуждения (рис. 1.9, в), ОВ и обмотка якоря соединены последовательно.
Машины смещенного возбуждения. В машинах смещенного возбуждения (рис. 1.9, г), имеются две обмотки возбуждения ОВ1 и ОВ2, одна из которых ОВ1 соединяется параллельно с обмоткой якоря, а другая ОВ2 – последовательно с обмоткой якоря.
17
Порядок выполнения работ
1.Выполнить эскизы с необходимыми разрезами и сечениями следующих деталей: станины, главного полюса, коллектора, подшипниковых щитов.
2.Дать краткое описание устройства и назначения основных деталей и узлов машины.
3.Изобразить схемы включения электрических машин.
Требования к выполнению отчета
1.Отчет выполняется на стандартных листах формата А4 (210 297).
2.Отчет должен включать следующее:
2.1.Описание принципа действия электрической
машины.
2.2.Краткое описание конструкции и назначение отдельных элементов машины.
2.3.Описание конструкции должно сопровождаться эскизами, выполненными на миллиметровой бумаге в определенном масштабе с соблюдением требований ЕСКД.
Контрольные вопросы для домашней подготовки
1.Принцип действия машины постоянного тока при её работе в качестве генератора.
2.Принцип действия машины постоянного тока при её работе в качестве двигателя.
3.Как устроен якорь и какую роль он выполняет?
4.Почему ярмо, сердечник якоря и полюса выполняются из ферромагнитных материалов?
5.Устройство и назначение главных полюсов.
18
6.Устройство и назначение добавочных полюсов.
7.Классификация генераторов постоянного тока по способам возбуждения, преимущества и недостатки каждого из способов возбуждения.
8.С какой целью обмотку добавочных полюсов соединяют последовательно с обмоткой якоря?
9.Как определить полярность добавочных полюсов при работе машины в режиме генератора и двигателя?
10.Порядок разборки машины постоянного тока.
19
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. ИСПЫТАНИЕ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
Цель работы
1.Изучить принцип работы и устройство генератора постоянного тока независимого возбуждения.
2.Получить экспериментально и проанализировать основные характеристики генератора.
Теоретические пояснения
Генераторы независимого возбуждения делятся:на генераторы, с электромагнитным возбуждением;
на генераторы с постоянными магнитами.
Последние относятся обычно к машинам специального назначения и в данной лабораторной работе не изучаются.
Свойства генератора постоянного тока описываются следующими характеристиками: холостого хода, нагрузочной, внешней, регулировочной и короткого замыкания.
Примечание. Если в лабораторной установке в качестве генератора используется двигатель, то при снятии всех характеристик за номинальное напряжение генератора необходимо принять Uнг 0,8Uнд , где Uнг - номинальное напряжение исследуемой машины, указанное в паспорте.
20