Вопрос 9. Генератор независимого возбуждения характеристики холостого хода, внешняя регулировочная, нагрузочная, короткого замыкания. Вид и анализ.

Реостат, включенный в цепь возбуждения, дает возможность регулировать ток Iв в обмотке возбуждения, а следовательно, и основной магнитный поток машины. Обмотка возбуждения питается от источника постоянного тока: аккумулятора, выпрямителя или же другого генератора постоянного тока, называемого в этом случае возбудителем. Нагрузочная характеристика генератора. Эта характеристика выражает зависимость напряжения U на выходе генератора от тока возбуждения Iв при неизменных токе нагрузки, например номинальном, и частоте вращения. При указанных условиях напряжение на выводах генератора меньше ЭДС поэтому нагрузочная характеристика располагается ниже характеристики холостого хода. Внешняя характеристика генератора. Эта характеристика представляет собой зависимость напряжения U на выводах генератора оттока нагрузки. При снятии данных для построения внешней характеристики генератор приводят во вращение с номинальной скоростью и нагружают его до номинального тока при номинальном напряжении. Затем, постепенно уменьшая нагрузку вплоть до холостого хода снимают показания приборов. Сопротивление цепи возбуждения Rn и частоту вращения в течение опыта поддерживают неизменными.

Регулировочная характеристика генератора. При работе генератора в режиме холостого хода в цепи возбуждения посредством резистора rрг устанавливают ток IВ0, при котором напряжение на выводах генератора становится равным номинальному. Затем постепенно увеличивают нагрузку генератора, одновременно повышают ток возбуждения таким образом, чтобы напряжение генератора во всем диапазоне нагрузок оставалось равным номинальному. Так получают восходящую ветвь характеристики. Постепенно уменьшая нагрузку генератора до холостого хода и регулируя соответствующим образом ток возбуждения, получают нисходящую ветвь характеристики. Нисходящая ветвь регулировочной характеристики расположена ниже восходящей, что объясняется влиянием возросшего остаточного намагничивания магнитной цепи машины в процессе снятия восходящей ветви. Среднюю линию, проведенную между восходящей и нисходящей ветвями, называют практической регулировочной характеристикой генератора. Основной недостаток генераторов независимого возбуждения — это необходимость в постороннем источнике постоянного тока — возбудителе. Однако возможность регулирования напряжения в широких пределах, а также сравнительно жесткая внешняя характеристика этого генератора являются его достоинствами.

Вопрос10. Генератор параллельного возбуждения. Характеристики холостого хода, внешняя, регулировочная, нагрузочная, короткого замыкания. Вид и анализ. Принцип самовозбуждения генератора постоянного тока осно­ван на том, что магнитная система машины, будучи намагниченной, сохраняет длительное время небольшой магнитный поток оста­точного магнетизма сердечников полюсов и станины Фост (поряд­ка 2 — 3 % от полного потока). При вращении якоря поток Фост ин­дуцирует в якорной обмотке ЭДС Еост, под действием которой в об­мотке возбуждения возникает небольшой ток Iв.ост. Если МДС об­мотки возбуждения имеет такое же направление, как и поток Фост, то она увеличивает поток главных полюсов. Это, в свою очередь, вызывает увеличение ЭДС генератора, отчего ток возбуждения вновь увеличится. Так будет продолжаться до тех пор, пока напря­жение генератора не будет уравновешено падением напряжения в цепи возбуждения, т. е. I_ВR_В=U₀. Нагрузочная и регулировочная характеристик и генератора параллельного возбуждения практически не отличаются от соответствующих характеристик генератора независимого возбуждения. Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения менее жесткая, чем у генератора независимого возбуждения. Объясняется это тем, что в генераторе параллельного возбуждения помимо причин, вызывающих уменьшение напряжения в генераторе независимого возбуждения (реакция якоря и падение напряжения в цепи якоря), действует еще и третья причина — уменьшение тока возбуждения, вызванное снижением напряжения от действия первых двух причин. Этим же объясняется и то, что при постепенном уменьшении сопротивления нагрузки r_н ток увеличивается лишь до критического значения I_кр, а затем при дальнейшем уменьшения сопротивления нагрузки ток начинает уменьшаться.

Вопрос 12. Потери и КПД коллекторной машины постоянного тока. Зависимость КПД от нагрузки. Классификация потерь мощности: 1. Переменные – зависящие от тока нагрузки и постоянные – независящие от тока нагрузки; 2. Основные – механические, потери в стали, меди обмотки, контактирующем слое щёток и добавочные. Механические потери: *в подшипниках , где - коэф.трения каения; F – сила давления; - диаметр окружности по центру ролика или шарика; - линейная скорость цапфы. *трение в щётках , где - удельное нажатие щётки; - сечение щётки; - окружная скорость коллектора. *от вентиляции , где - объём воздуха. В итоге получаем, механические потери мощности равны: . Потери в стали (магнитные): *за счёт перемагничивания железа якоря магнитным полем; *за счёт пульсации магнитного потока вследствие зубчатого строения якоря. Потери в меди (электрические): *в обмотке якоря , *в обмотке возбуждения , *в контакте «щётка-коллектор» . Добавочные потери обусловлены вторичными факторами, от перемагничивания в обмотках наводится ЭДС и протекают токи. КПД: суммарные потери в машине , *для генератора , , , *для двигателя η = , , при Р2=0 КПД=0. КПД достигает максимума, когда потери от тока становятся равными потерям, не зависящим от тока. Максимальный КПД имеет место при нагрузке 70-8-% от номинальной.

Вопрос 13. Двигатели постоянного тока независимого и параллельного возбуждения. Рабочие характеристики. Их вид и анализ. Схема включения:В такой схеме обмотка возбуждения включается параллельно обмотке якоря. Из схемы видно, что если напряжение сети постоянное, ток возбуждения двигателя так же постоянен, а следовательно, если пренебречь реакцией якоря, постоянным является и основной магнитный поток. Эксплуатационные свойства двигателя определяются его ра­бочими характеристиками,под которыми понимают зависимость частоты вращения, тока, вращающего момента и КПД от мощности на валу двигателя Р₂ при U=const. И Iв=const/

Уравнения скоростной и механической характеристик:

n = U – Iя rя / CeФ

n = U / CeФ – Mrя / Ce Cm Ф²

+……Рисунки……ХАр…

Вопрос 14. Двигатели постоянного тока последовательного и смешанного возбуждения. Рабочие характеристики. Их вид и анализ. Двигатель последовательного возбуждения.

В этой схеме обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря. Особенностью такого двигателя является то, что ток возбуждения является током нагрузки, и магнитный поток практически пропорционален току якоря. Ф = kIя, где k – коэфф. пропорциональности.Рабочие характеристики: Характеристики Iя, h подобны характеристикам двигателя с параллельным возбуждением. Уравнения скоростной и механической характеристики: n = U / Ce k Iя – rя / Ce kn = U / Ce - rя / Ce k.. Двигатель смешанного возбуждения.

В таком двигателе имеются 2 обмотки: параллельная и последовательная. Характеристики такого двигателя занимают промежуточное положение между характеристиками двигателей параллельного и последовательного возбуждения.

Скоростная и механическая характиристики:

, …n = U – M rя / Ce Cм (Ф1 ± Ф2)²……где Ф1иФ2 — потоки параллельной и последовательной обмоток возбуждения.Знак плюс соответствует согласованному включению обмоток возбуждения (МДС обмоток складываются). В этом случае с увеличением нагрузки общий магнитный поток возрастает (за счет потока последовательной обмотки Ф2., что ведет к умень­шению частоты вращения двигателя. При встречном включе­нии обмоток поток Ф2 при увеличении нагрузки размагничивает машину (знак минус), что, наоборот, повышает частоту вращения.=++++ Рисунки……

Вопрос 16. Пуск двигателей постоянного тока. Схема включения пускового реостата. Прямой пуск. Пуск при пониженном напряжении. Пусковой ток возникает в начальный момент пуска, когда якорь двигателя неподвижен(n=0) и в его обмотке не индуцируется ЭДС . Поэтому при непо­средственном подключении двигателя к сети в обмотке его якоря возникает пусковой ток. . Обычно сопротивление невелико, поэтому значение пус­кового тока достигает недопустимо больших значений, в 10—20 раз превышающих номинальный ток двигателя. Такой большой пусковой ток весьма опасен для двигателя. Во-первых, он может вызвать в машине круговой огонь, а во-вторых, при таком токе в двигателе развивается чрезмерно большой пус­ковой момент, который оказывает ударное действие на вращаю­щиеся части двигателя и может механически их разрушить. И на­конец, этот ток вызывает резкое падение напряжения в сети, что неблагоприятно отражается на работе других потребителей, вклю­ченных в эту сеть. Прямой пуск двигателя обычно применяют для двигателей мощностью не более 0,7—1,0 кВт. В этих двигате­лях благодаря повышенному сопротивлению обмотки якоря и не­большим вращающимся массам значение пускового тока лишь в 3—5 раз превышает номинальный, что не представляет опасности для двигателя. Что же касается двигателей большей мощности, то при их пуске для ограничения пускового тока используют пуско­вые реостаты, включаемые последовательно в цепь якоря. Они имеют ступенчатую регулировку сопротивления и позволяют изменять сопротивление, вводимое в цепь якоря, от наибольшего значения в начале пуска до нулевого по окончании процесса пуска. Для пуска двигателя на пониженном напряжении необходим регулятор напряжения. В качестве регулятора используются: автотрансформатор с выпрямительным блоком, ГПТ, тиристорный регулятор. +++++ Рисунок

Вопрос 17. Универсальные коллекторные двигатели. Схема двигателя. Конструкция, принцип действия, особенности работы, рабочие характеристики. Универсальными называют коллекторные двигатели, которые могут работать как от сети постоянного, так и однофазного переменного тока. Коллекторный двигатель постоянного тока в принципе может работать от сети переменного тока, т.к. при переходе от положительного полупериода переменного напряжения к отрицательному направление электромагнитного момента сохраняется неизменным. Объясняется это тем, что при переходе к отрицательному полупериоду почти одновременно с изменением направления тока в обмотке якоря меняется направление тока в обмотке возбуждения, т.е. меняется полярность полюсов. Однофазные коллекторные двигатели имеют преимущественно последовательное возбуждение. В двигателе последовательного возбуждения ток якоря и ток возбуждения совпадают по фазе Ψ=0. По своей конструкции универсальные двигатели отличаются от двигателей постоянного тока тем, что их станина и главные полюсы делаются шихтованными из листовой электротехнической стали. Это даёт возможность сократить магнитные потери, которые при работе двигателя от сети переменного тока повышаются, т.к. переменный ток в обмотке возбуждения вызывает перемагничивание всей магнитной цепи, включая станину и сердечники полюсов. Основной недостаток однофазных кол.двиг. – тяжёлые условия коммутации. Расхождения в хар-ках двигателя на постоянном и переме нном токе объясняются тем, что при работе от сети переменного тока на величину и фазу тока оказывают влияние индуктивные сопротивления обмоток якоря и возбуждения. Однако уменьшение числа витков обмотки возбуждения обеспечивает сближение характеристик лишь при нагрузке, близкой к номинальной. КПД универсальных двигателей при переменном токе ниже, чем при постоянном, что вызвано повышенными магнитными потерями. +++ Рисунок…

Вопрос18.Тахогенераторы постоянного тока, электромашинные усилители(ЭМУ). Конструкция, принцип действия, особенности работы. Тахогенераторы пост.тока служат для измерения частоты вращения по величине напряжения на выходе тахогенератора, а также для получения эл.сигналов, пропорциональных частоте вращения вала в схемах автоматического регулирования. Он представляет собой генератор малой мощности с независимым эл.магнитным возбуждением или с возбуждением постоянными магнитами. Для измерения частоты вращения тахогенератором вал последнего механически соединяют с валом механизма, частоту которого требуется измерить. На выводы тахогенератора подключают измерительный прибор со шкалой, градуированной в единицах частоты вращения(об/мин). Наиболее точная работа соответствует прямолинейной выходной характеристике. ЭМУпредставляет собой электрическую машину, работающую в генераторном режиме и предназначенную для усиления эл.сигналов. Применяются в системах автоматики. Простейший ЭМУ – генератор пост.тока независ.возбуждения. Наибольшее распространение в автоматике получили эл.машинные усилители поперечного поля. В отличие от обычного генератора пост.тока в этом ЭМУ основным рабочим потоком является магнитный поток, создаваемый током обмотки якоря, - поперечный поток реакции якоря. На коллекторе ЭМУ установлено два комплекта щёток: один комплект – - расположен на геометрической нейтрали, а другой – по продольной оси главных полюсов. Щётки замкнуты накоротко, а к щёткам подключена рабочая цепь ЭМУ. Помимо обмотки якоря усилитель имеет одну или несколько обмоток управления, компенсационную обмотку, поперечную подмагничивающую обмотку и обмотку добавочных полюсов. Якорь усилителя приводится во вращение эл.двигателем. Если к одной из обмоток управления подвести напряжене, то в этой обмотке появится ток управления, который создает МДС обмотки управления. Эта МДС, в свою очередь, создаёт магнитный поток, который наведет в обмотке якоря в цепи щеток ЭДС. ЭДС невелика, но т.к. щетки замкнуты накоротко, то ЭДС создаст значительный ток. Ток в обмотке якоря создаст МДС и магнитный поток, который направлен по поперечной иси главных полюсов, т.е. по геометрической нейтрали, и неподвижен в пространстве. В обмотке якоря, вращающейся в неподвижном потоке, наводится ЭДС, снимаемая с продольных щеток d1-d2. Если к выходным зажимам ЭМУ подключить нагрузку, то ЭДС создаст в цепи щеток d1-d2 рабочий ток.

Вопрос 19. Исполнительные двигатели постоянного тока. Конструкция, принцип действия, особенности работы. Почти все исполнительные двигатели (искл. двигатели с пост.магнитами) имеют две обмотки. Одна из них постоянно подключена к сети и называется обмоткой возбуждения, а на другую – обмотку управления – эл.сигнал подается, когда необходимо привести двигатель во вращение. От величины напряжения управления зависят частота вращения, а следовательно, и развиваемая им механическая мощность. Исполнит.двиг.пост.тока по конструкции отличаются от двиг.пост.тока общего назначения только тем, что имеют шихтованные(набранные из листов эл.технич.стали) якорь, станину и полюса, что необходимо для работы исполнительных двигателей в переходных режимах. Магнитная цепь исп.двиг. не насыщена, поэтому реакция якоря практически не влияет на их рабочие характеристики. У исп.двигателей с якорным управлением обмоткой возбуждения является обмотка полюсов, а обмоткой управления – обмотка якоря. Обм.возбуждения подключают к сети с пост.напяжением на все время работы автоматического устройства. На обм.управления подают сигнал лишь тогда, когда необходимо вызвать вращение якоря двигателя. От напряжения управления зависят вращающий момент и частота вращения двигателя. При изменении полярности напряжения управления меняется направление вращения якоря двигателя. У исп.двиг. с полюсным управлением обм.управления является обмотка полюсов, а обм.возбуждения – обмотка якоря. Якорь двигателя постоянно подключён к сети с напряжением Uв=const. Для ограничения тока иногда последовательно с якорем включают добавочный резистор сопротивлением Rд. На обмотку полюсов напряжение управления подают, когда необходимо вызвать вращение якоря.

Требования к исполнительным двигателям: - отсутствие самохода, чтобы не было вращения при снятии сигнала управления, - широкий диапазон регулирования частоты вращения, - большой пусковой момент, - малая мощность управления, - быстродействие.