Материал: конспект электротехника

6.2 Принцип действия генератора постоянного тока.

В режиме генератора якорь машины вращается под действием внешнего момента. Между полюсами статора имеется постоянный магнитный поток, пронизывающий якорь. Проводники обмотки якоря движутся в магнитном поле и, следовательно, в них индуктируется ЭДС, направление которой можно определить по правилу "правой руки". При этом на одной щетке возникает положительный потенциал относительно второй. Если к зажимам генератора подключить нагрузку, то в ней пойдет ток. После поворота якоря на некоторый угол щетки окажутся соединенными с другой парой пластин, т.е. подключаются к другому витку якорной обмотки, ЭДС в котором будет иметь то же направление. Таким образом, генератор вырабатывает электрический ток, и направление этого тока, протекающего через нагрузку, не изменяется.

6.3 Принцип действия двигателей постоянного тока.

Т.к. устройство генераторов и двигателей (-) тока одинаково, то и принцип действия у них будет одинаков. В проводах обмотки якоря, при их перемещении в магнитном поле, наводится эдс, кот-я составляет суммарную эдс машины. ЭДС индуцируемые в отдельных проводниках обмотки якоря прямопроп-ы индукции мп и скорости их перемещения в этом поле. Суммарная эдс машины прямопроп-а частоте вращения ротора и м. потоку, определяется по формуле: E=C_nnФ, где C_n-постоян-й коэф-т зависящий от конструкции дан-й машины. В проводниках обмотки якоря протекают токи, при этом щеточно-коллекторный узел выполняет роль мех-ого выпрямителя, обеспечивающего необходимое направление тока в проводниках обмотки якоря. На кажд-й проводник с током пересекающий м. поле действ-т сила тем большая, чем больше ток и чем сильнее м. поле.

Силы, действующие на все обмотки якоря созд-т суммарный э/м вращающий момент, кот-й рпямопроп-н току якоря и м. потоку. M=C_MI_яФ, где C_M-постоян-й коэф-т зависящий от конструктивных данных машины.

+++ При подключении нагрузки к генератору и с появлением тока якоря, на валу возникает электромагнитный момент, направленный против направления вращения якоря. В режиме двигателя на зажимы машины подается постоянное напряжение, и по якорной обмотке идет ток. Проводники якорной обмотки находятся в магнитном поле машины, созданном током возбуждения и, следовательно, на них, согласно закону Ампера, будут действовать силы. Совокупность этих сил создает вращающий момент, под действием которого якорь будет вращаться. При вращении якоря в его обмотке наводится ЭДС, которая направлена навстречу току, и поэтому для двигателей она называется противо-ЭДС.

6.4 Механическая характеристика асинхронного двигателя. Скольжение. Ммакс, Мном, Мпуск..

Под механической характеристикой принято понимать зависимость частоты вращения ротора в функции от электромагнитного момента n = f(M). Эту характеристику (рис. 2.15) можно получить, используя зависимость M = f(S) и пересчитав частоту вращения ротора при разных значениях скольжения.

Так как S = (n₀ - n) / n₀, отсюда n = n₀(1 - S). Напомним, что n₀ = (60 f) / p – частота вращения магнитного поля.

Участок 1-3 соответствует устойчивой работе, участок 3-4 – неустойчивой работе. Точка 1 соответствует идеальному холостому ходу двигателя, когда n = n₀. Точка 2 соответствует номинальному режиму работы двигателя, ее координаты М_н и n_н. Точка 3 соответствует критическому моменту М_кр и критической частоте вращения n_кр. Точка 4 соответствует пусковому моменту двигателя М_пуск. Механическую характеристику можно рассчитать и построить по паспортным данным. Точка 1:

n₀ = (60 f) / p,

где: р – число пар полюсов машины; f – частота сети.

Точка 2 с координатами n_н и М_н. Номинальная частота вращения n_н задается в паспорте. Номинальный момент рассчитывается по формуле:

здесь: Р_н – номинальная мощность (мощность на валу).

Точка 3 с координатами М_кр n_кр. Критический момент рассчитывается по формуле М_кр = М_н λ. Перегрузочная способность λ задается в паспорте двигателя n_кр = n₀ (1 - S_кр), , S_н = (n₀ - n_н) / n₀ – номинальное скольжение.

Точка 4 имеет координаты n=0 и М=М_пуск. Пусковой момент вычисляют по формуле

М_пуск = М_н λ_пуск,

где: λ_пуск – кратность пускового момента задается в паспорте.

Асинхронные двигатели имеют жесткую механическую характеристику, т.к. частота вращения ротора (участок 1–3) мало зависит от нагрузки на валу. Это одно из достоинств этих двигателей.

6.5 Генераторы постоянного тока с независимым возбуждением

При независимом возбуждении обмотка возбуждения (ОВ) питается от независимого источника постоянного тока.

Независимое возбуждение генераторов применяют в случае необходимости регулирования в широких пределах тока возбуждения I_в и напряжения на зажимах машины. У генераторов с независимым возбуждением

Генераторы с самовозбуждением имеют ОВ, питаемые от самого генератора.

Характеристика холостого хода генератора с независимым возбуждением имеет вид кривой намагничивания сердечника

и повторяет ее петлю гистерезиса

(кривая 1 - восходящая ветвь, 2 -

нисходящая ветвь). E_ост соответствует Ф₀ – остаточному магнитному потоку.

Внешняя характеристика ГПТ с независимым возбуждением имеет падающий характер, т.к. вследствие реакции якоря магнитный поток Ф ослабляется при увеличении I_Я. Следовательно, уменьшается E, что вызывает дополнительное снижение U.

Регулировочная характеристика имеет восходящий характер, т.к. чтобы поддержать U = const при любой нагрузке, необходимо при увеличении I_Я увеличить Е так, чтобы

Величина Е регулируется с помощью изменения I_в (а следовательно Ф).

6.6 Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения. Схема. Механическая характеристика.

Характеристики генераторов определяют его рабочие св-ва и представляют зависимость между основными параметрами, кот. явл-ся эдс в обмотке якоря Е, напряжение на его зажимах U, ток якоря I, ток возбуждения I_В и частота вращения якоря n. Характеристики представляют собой зависимость м/у двумя из указанных основных параметров при независимых остальных. Эти зависимости неодинаковы для разных типов генераторов. Снятие всех характеристик машины производится при постоянной частоте вращения якоря, т.к. при ее изменении меняются все характеристики генераторов. Для генераторов парал-о возбужд-я при холостом ходе ток в якоре равен току возбуждения. Т.к. этот ток составляет малую величину, то напряжение на зажимах при холостом ходе будет примерно равным эдс. В этих генераторах при понижении напряжения уменьшается как I_В, так и магнитный поток. При внезапном коротком замыкании ток в обмотке возбужд-я не может мгновенно уменьшиться до нуля, так же как магнитный поток. Поэтому в обмотке якоря в момент кор-о замык-я индуцир-ся большая эдс и ток будет протекать во много раз больше номинального, из-за чего машина может быть выведена из строя (искрение круговой огонь).При увеличении тока нагрузки надо увеличить ток возбуждения, чтобы скомпенсировать падение напряжения на внутреннем сопротивлении машины и размагничивающее действие потока реакции якоря.

Условия самовозбуждения генератора с параллельным возбуждением

1)Наличие остаточности намагниченности полюсов

2)Направление вращения генератора должно быть таким, чтобы возникающая ЭДС

увеличивала остаточный магнитный поток

3)Сопротивление в обмотке цепи возбуждения должно быть меньше критического,

т.е. такого, при котором самовозбуждение наступает никогда.

Механической характеристикой двигателя постоянного тока (ДПТ) называется зависимость числа оборотов от момента на валу машины. Естественной механической характеристикой ДПТ называется характеристика при номинальных параметрах машины. Все остальные характеристики – искусственные (т.е., если один из параметров не номинальный).

7.1 Принцип работы синхронного генератора(сг).

Принцип действия СГ состоит в том, что ток, протекающий в индукторе, создает магнитный поток, который, проходя через воздушный зазор, сцепляется с обмоткой якоря и при вращении индуктора в каждой фазе обмотки якоря наводится ЭДС, т.е. СГ позволяет получить 3-х фазное переменное напряжение.

Изменяя ток индуктора можно в широких пределах изменять ЭДС синхронной машины. Характеристика холостого хода – зависимость напряжения СГ от тока возбуждения на ХХ. Номинальному току возбуждения соответствует насыщенный режим работы СГ. Внешняя нагрузочная характеристика – это зависимость напряжения на выходе генератора от тока нагрузки

При емкостной нагрузке с увеличением тока напряжение на выходе генератора возрастает.

7.2 Основные величины и характеристики генераторов постоянного тока.

Характеристики генераторов определяют его рабочие св-ва и представляют зависимость между основными параметрами, кот. явл-ся эдс в обмотке якоря Е, напряжение на его зажимах U, ток якоря I, ток возбуждения I_В и частота вращения якоря n. Характеристики представляют собой зависимость м/у двумя из указанных основных параметров при независимых остальных. Эти зависимости неодинаковы для разных типов генераторов. Снятие всех характеристик машины производится при постоянной частоте вращения якоря, т.к. при ее изменении меняются все характеристики генераторов. Характеристика холостого хода генератора представляет собой зависимость м/у эдс в якоре и током возбуждения, снятую при отсутствии нагрузки и постоянной частоте вращения. Для генераторов независимого возбуждения при отсутствии нагрузки ток в якоре равен нулю, увеличение нагрузки вызывает падение напряжения. При постоянной частоте вращения эдс прямопропорциональна магнитному потоку. Для генераторов парал-о возбужд-я при холостом ходе ток в якоре равен току возбуждения. Т.к. этот ток составляет малую величину, то напряжение на зажимах при холостом ходе будет примерно равным эдс. Для генераторов послед-о возбуждения характеристика холостого хода смысла не имеет, т.к. в якоре и обмотке возбуждения ток = нулю, и для снятия характеристики обмотка возбуждения д.б. включена в сеть какаого-либо независимого источника тока. Для генераторов смешан-о возбужд-я хар-ка холл-о хода совпадает хар-кой генератора парал-о возбужд-я.

7.3 Устройство синхронных машин (см). Машины с явно и неявно выраженными полюсами.

Устройство СМ: 1) статор СМ не отличается от статора Асинхронного Двигателя. 2) ротор СМ представляет собой электромагнит, к обмотке которого подводится постоянный ток через два изолированных друг от друга и от вала тока объемных кольца, которые насажаны на вал ротора, по ним скользят подвижные контакты – щетки. СМ по типу ротора делятся на 1) машины с ротором с явно выраженными полосами. 2) машины с ротором с неявно выраженными полосами. Машины с ротором 1-го типа применяются при числе пар полюсов > 4. Машины с меньшим числом полюсов изготавливаются с ротором 2-го типа. 1) гидрогенераторы. 2) турбогенераторы

С.м. имеют статор с 3^хфазной обмоткой (силовой). На роторе – обмотка возбуждения, она соединена через кольца и щетки с источником пост-о тока. Мощность этого источника составл-т 0,3-3% от номин-й мощности машины. Ротор м.б. выполнен явно и неявнополюсным. Явнопол-й ротор использ-т в машинах с 4^х и большим числом полюсов. Сердечник делают из ст-ых поковок или набирают из листов электро-технич. ст-и. Обмотки возбуждения выполняют в виде цилиндрич-х катушек из полосовой меди, кот-е укрепляют на сердечнике полюсов. Машины работающие с частотой вращения 3000 и 1500об/мин изготовляют с неявнополюсным ротором, иначе невозможно обеспечить мех-ю прочность крепления полюсов и обмотки возбуждения. Обмотку возбуждения размещают в пазах сердечника ротора, выпоенного из цельной ст. поковки.