Генераторы постоянного тока

 

Потребляя электрическую  энергию из сети, двигатель постоянного  тока развивает вращающий момент, который при установившемся режиме всегда уравновешен тормозным моментом, создаваемым нагрузкой, поэтому  при увеличении механической нагрузки на валу двигателя вращающий момент оказывается меньше тормозного. Двигатель  уменьшает скорость вращения, а это  приводит к уменьшению ЭДС самоиндукции и увеличению потребляемого тока. При неизменном магнитном потоке ток нагрузки увеличивается до тех  пор, пока не восстановится равенство  вращающего и тормозного моментов.

В зависимости от способа  подключения обмотки возбуждения  к якорю двигатели, как и генераторы постоянного тока, различают независимого, параллельного, последовательного  и смешанного возбуждения.

 

 

Двигатель параллельного  и независимого возбуждения

 

Схема включения двигателя  постоянного, тока параллельного возбуждения  через пусковой реостат ПР изображена на рисунке 6-13. Если обмотку возбуждения такого двигателя включить через регулировочный реостат РВ на напряжение другого источника, то получится двигатель независимого возбуждения.

Скоростная характеристика n=f (I) таких двигателей при U =const и Iв = const приведена на рисунке 6-14, для объяснения которой обратимся к формуле скорости двигателя (22):

 

.

 

Изменение скорости вращения может происходить за счет изменения  нагрузки и магнитного потока. Но изменение  тока нагрузки лишь незначительно изменяет внутреннее падение напряжения благодаря  малости сопротивления цепи якоря, которое тем меньше, чем мощнее двигатель. Ток нагрузки в конечном счете лишь незначительно уменьшает скорость вращения двигателя. Что касается магнитного потока Ф, то вследствие реакции якоря при увеличении тока нагрузки он несколько уменьшается, что приводит к незначительному увеличению скорости вращения. Таким образом, скорость вращения двигателя параллельного возбуждения очень мало изменяется.

Скорость вращения двигателя  независимого возбуждения можно  регулировать изменением сопротивления  цепи якоря либо изменением магнитного потока. Чрезмерное уменьшение тока возбуждения  и особенно случайный обрыв этой цепи являются очень опасными для  двигателей параллельного и независимого возбуждения, таккак ток в якоре возрастает до недопустимо большого значения. В случае незначительной нагрузки (или на холостом ходу) скорость настолько возрастает, что становится опасной для целости двигателя (наступает аварийный режим - "разнос" двигателя).

Двигатели независимого возбуждения  нашли широкое применение в качестве исполнительных двигателей в схемах автоматики, а иногда в качестве так называемого электромагнитного  тормоза. Когда необходим большой  пусковой момент или кратковременные  перегрузки; исключена возможность  их полной разгрузки. Они оказались  незаменимыми как тяговые двигатели  на электротранспорте (электровоз, метрополитен, трамвай, троллейбус), в подъемнотранспортных установках (краны и т.д.) и для пуска двигателей внутреннего сгорания (стартеры) в автомобилях и авиации.

Экономичное регулирование  скорости вращения в широких пределах осуществляется в случае одновременной  работы нескольких двигателей путем  различных комбинаций включения  двигателей и реостатов. Например, на малых скоростях они включаются последовательно, а на больших - параллельно. Необходимые переключения осуществляются оператором (водителем) поворотом ручки  переключателя.

 

 

Двигатели последовательного  возбуждения

 

Схема двигателя постоянного  тока последовательного возбуждения. Обмотка возбуждения двигателя  включена последовательно с якорем, поэтому магнитный поток двигателя  изменяется вместе с изменением нагрузки. Так как ток нагрузки велик, то обмотка возбуждения имеет небольшое  число витков, это позволяет несколько  упростить конструкцию пускового  реостата по сравнению с реостатом  для двигателя параллельного  возбуждения.

 

Скоростную характеристику можно получить на основании уравнения  скорости, которая для двигателя  последовательного возбуждения  имеет вид:

 

n=

,

 

где - сопротивление обмотки возбуждения.

Из рассмотрения характеристики видно, что скорость двигателя сильно зависит от нагрузки. При увеличении нагрузки увеличивается падение  напряжение на сопротивлении обмоток  при одновременном увеличении магнитного потока, что приводит к значительному уменьшению скорости вращения. Это характерная особенность двигателя последовательного возбуждения.

Значительное уменьшение нагрузки приведёт к опасному для  двигателя увеличению скорости вращения. При нагрузках менее 25% номинальной (и особенно на холостом ходу), когда  ток нагрузки и магнитный поток  из-за небольшого числа витков в  обмотке возбуждения оказывается  настолько слабым, что скорость вращения быстро возрастает до недопустимо больших  значений (двигатель может "разнести"). По этой причине эти двигатели  применяют лишь в тех случаях, когда их соединяют с приводимыми  во вращение механизмами непосредственно  или через зубчатую передачу. Применение ременной передачи недопустимо, так  как ремень может оборваться, либо соскочить, двигатель при этом полностью  разгрузится.

Регулирование скорости вращения двигателя последовательного возбуждения  может осуществляться изменением магнитного потока или изменением питающего  напряжения.

Зависимость вращающего момента  от тока нагрузки (механическую характеристику) двигателя последовательного возбуждения можно получить, если в формуле вращающего момента магнитный поток выразить через ток нагрузки. В отсутствие магнитного насыщения поток пропорционален току возбуждения, а последний для данного двигателя является током нагрузки, т.е.

 

M=

 

На графике эта характеристика имеет форму параболы. Квадратичная зависимость вращающего момента  от тока нагрузки является второй характерной  особенностью двигателя последовательного  возбуждения, благодаря которой  эти двигатели легко переносят  большие кратковременные перегрузки и развивают большой пусковой момент.

 

 

Рабочие характеристики двигателя  приведены на рисунке 6-17.

 

Из рассмотрения всех характеристик  следует, что двигатели последовательного  возбуждения можно принять в  тех случаях, когда необходим  большой пусковой момент или кратковременные  перегрузки; исключена возможность  их полной разгрузки. Они оказались  незаменимыми как тяговые двигатели  на электротранспорте (электровоз, метрополитен, трамвай, троллейбус), в подъемнотранспортных установках (краны и т.д.) и для пуска двигателей внутреннего сгорания (стартеры) в автомобилях и авиации.

Экономичное регулирование  скорости вращения в широких пределах осуществляется в случае одновременной  работы нескольких двигателей путем  различных комбинаций включения  двигателей и реостатов. Например, на малых скоростях они включаются последовательно, а на больших - параллельно. Необходимые переключения осуществляются оператором (водителем) поворотом ручки  переключателя.

 

 

Двигатель смешанного возбуждения

 

Схема включения двигателя  постоянного тока смешанного возбуждения  изображена на рисунке 6-18. На каждом полюсе такого двигателя имеются обмотки - параллельная и последовательная. Их можно включить так, чтобы магнитные  потоки складывались (согласное включение) или вычитались (встречное включение).

Уравнения скорости вращения и вращающего момента для них  выражаются так:

 

  , М = С1*(Фпр ± Фпс),

 

где знак плюс относится  к согласному включению обмоток  возбуждения, минус - к встречному. В  зависимости от соотношения магнитных  потоков обеих обмоток по свойствам  двигатель приближается к двигателям параллельного либо последовательного  возбуждения. Как правило, у двигателей смешанного возбуждения последовательная обмотка является главной (рабочей), а параллельная - вспомогательной. Благодаря магнитному потоку параллельной обмотки скорость вращения такого двигателя не может возрастать беспредельно при малых нагрузках (или на холостом ходу), т.е. двигатель не будет "разносить".

Двигатели с согласным  включением нашли широкое применение в тех случаях, когда необходим  большой пусковой момент и изменение  скорости при переменных нагрузках (включая малые нагрузки и холостой ход). Двигатели же со встречным включением применяют для получения постоянной скорости при изменяющейся нагрузке.

 

 

 

На рисунке 6-19 приведены  для сравнения нагрузочные характеристики двигателей с различными способами  возбуждения.

 

 

Коллекторные  двигатели переменного тока

 

Одновременное изменение  тока в якоре и обмотке возбуждения  двигателя постоянного тока не изменяет его направления вращения. Это  свойство используется в коллекторных двигателях переменного тока, где  ток с частотой сети одновременно изменяет свое направление в обеих  обмотках.

Конструкция коллекторных двигателей переменного тока значительно сложнее  конструкции двигателей постоянного  тока. Всю магнитную систему набирают из отдельных изолированных друг от друга листов электротехнической стали, чтобы избежать ее сильного нагревания от столь частого перемагничивания. Для уменьшения реактивного сопротивления  двигателя, ухудшающего cos сети, станину снабжают компенсационной обмоткой, расположенной равномерно по окружности статора и соединенной последовательно с якорем. Для улучшения компенсации ЭДС самоиндукции в секциях якоря статор делают неявнополюсным. Для получения удовлетворительной коммутации, при которой короткозамкнутая секция оказывается подобной короткозамкнутой обмотке трансформатора, число витков в секциях уменьшают, увеличивая число секций, и ограничивают ток включением между секциями и коллектором специальных резисторов. Наличие большого числа секций и пластин коллектора сильно увеличивает размеры коллектора, что является внешним отличительным признаком коллекторных двигателей переменного тока от двигателей постоянного.

Почти все коллекторные двигатели  переменного тока имеют последовательное возбуждение. Двигатели параллельного  возбуждения из-за большой индуктивности  обмотки возбуждения (большого сдвига фаз между током в якоре  и потоком) имеют весьма незначительный вращающий момент, поэтому на практике такие двигатели не применяют.

Иногда встречаются маломощные так называемые универсальные двигатели, которые работают как от постоянного, так и от переменного тока. В этих двигателях обмотка рассчитана на работу постоянного тока, а часть ее (отвод) - на работу переменного тока, так как сопротивление одной и той же обмотки меньше для постоянного, чем для переменного тока.

 

Из-за сложности конструкции  и дороговизны коллекторные двигатели  большой мощности применяют в  редких случаях, где это экономически оправдывает себя, например для привода одного механизма с широкими пределами регулирования скорости. Иногда встречаются трехфазные коллекторные двигатели с питанием со стороны ротора, в которых перемещение щеток по коллектору дает регулирование скорости в широких пределах, но этот двигатель очень дорог.

Широкое распространение получили маломощные (до 200 Вт) универсальные коллекторные двигатели последовательного возбуждения. Их применяют для нужд бытового электропривода (швейных машин, пылесосов, для мелких электродрелей, вентиляторов и т.д.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

 

Кафедра автоматизации технологических  процессов и производств

 

 

Реферат

На тему:

«Генераторы постоянного  тока»

 

 

 

 

Выполнил: ст.гр. БАГ-11-02                                                          Ахметшин Р.Р.

Проверил:                                                                        доцент Ишемгужин А.И.

 

 

 

 

 

 

Уфа 2013