Классификация мпт по способу возбуждения

В зависимости от способа создания магнитного потока возбуж­дения машины делятся на две группы: магнитоэлектрические и электромагнитные. В первых группах магнитный поток возбуждения создается при помощи постоянных магнитов; во вторых - постоянным током, проходящим по обмотке, расположенной на главных полюсах.

В данном параграфе  мы будем рассматривать электрические машины с электромагнитным способом возбуждения, как получившие наиболь­шее распространение в различных отраслях промышленности.

 

 

В

 

 

Машины с магнитоэлектрическим способом возбуждения применяются в качестве элементов устройств автоматики, как исполнительные механизмы сле­дящих систем. Эта группа машин относится к машинам малой мощности и является предметом специального рассмотрения.

В зависимости от схемы соединения обмотки возбуждения (риc. 8.41) отно­сительно обмотки якоря различают четыре типа машин постоянного тока [5??]:

- машины независимого возбуждения, в которых обмотка возбуждения и обмотка якоря подключаются к различным источникам (риc. 8.41, а);

- машины параллельного возбуждения, в которых обмотка возбуж­дения включается параллельно обмотке якоря (рис. 7.41,, б);

- машины последовательного возбуждения, в которых обмотка возбуж­дения включается последовательно с обмоткой якоря (рис. 7.41,   в);

 - машины смешанного возбуждения, в которых имеются две обмотки возбуждения – последовательная и параллельная (рис. 7.41,   г).

Способ соединения обмотки возбуждения с обмоткой якоря оказывает существенное влияние на характеристики генераторов и двигателей.

Генераторы постоянного тока

При эксплуатации машины постоянного тока в генераторном режиме важно знать три основные характеристики, выражающие зависимость одних переменных величин от других. К ним относятся: характеристика холостого хода, внешняя и регулировочная характеристики.

Рассмотрим характеристики генератора с обмоткой независимого возбуждения (рис.8.41, а).

Характеристика холостого хода - зависимость напряжения на зажимах генератора от тока возбуждения при отсутствии тока в обмотке якоря и постоянной частоте его вращения, т.е. U = f (I _в) при I _я = 0, n = const.

Для снятия этой характеристики (рис.8.42) якорь генератора приводят во вращение вспомогательным устройством, например, асинхронным дви­гателем. Цепь якоря размыкается. Ток в обмотке возбуждения изменяется от нуля до максимального значения и обратно до нуля. При увеличении тока получают восходящую ветвь характерис­тики; при уменьшении тока - нисходящую ветвь. Получаем петлю гистерезиса. Обычно в каталоге приводится средняя линия. Особое внимание следует обратить на наличие напряжения на зажимах обмотки яко­ря при равенстве нулю тока в обмотке возбуждения. Причиной появления напряжения является магнитный поток остаточной индукции, сохраняющийся в магнитной цепи машины от ее предыдущей работы. При отсутствии тока возбуждения в якоре наводится эдс, равная примерно 2-3 % от напряжения якоря.

Характеристика холостого хода есть средняя линия, проходящая посередине между ветвями петли гистерезиса. В режиме холос­того хода напряжение генератора U _г равно по величине его ЭДС (Е _я).

Характеристика холостого хода позволяет судить о свойствах стали якоря и выбрать положение рабочей точки, соот­ветствующей номинальному напряжению.

 Внешняя характеристика – это зависимость (рис.8.43)  напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки при неизменном     токе возбуждения и частоте вращения якоря, т. е.

U = f (I) при I _в = const, n = const.

В режиме нагрузки якорь нагружается на внешнее сопротивление проводника, в котором ток I совпадает по направлению с ЭДС генератора. Ток I _я обмотки якоря создает свое поле, воздействующее на поле собственно машины. Данное явление называется реакцией якоря. Результирующий магнитный поток машины Ф равен сумме магнитного потока цепи возбуждения Ф_в и цепи якоря Ф_я. При больших значениях тока якоря вследствие насыщения части полюсов результирующий магнитный поток несколько уменьшается. В этом случае реакция якоря называется поперечной.

Электромагнитный момент определяется из выражения

М = С _мФ I _я,

где   С _м – постоянная по моменту.

В режиме нагрузки напряжение генератора меньше его ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении обмотки якоря:

U = Е _я – I _я R _я .

 

 

I я.ном

Внешняя характеристика генератора нелинейна. Причина нелиней­ности обусловлена воздействием магнитного потока обмотки якоря на магнитный поток обмотки возбуждения. Взаимодействие магнитных потоков приводит к неравномерности насыщения полюс­ного наконечника главного полюса машины.

Регулировочная характеристика – это зависимость (рис.8.44) тока I _в возбуждения от тока I нагрузки при постоянном напряжении на зажимах генератора и частоте вращения якоря, т. е.

I _в   = f (I) при U = const, n = const.

Характеристика показывает, как надо изменять ток I _в в обмотке возбуждения для того, чтобы обеспечить постоянство напряжения U на зажимах генератора при изменении тока I нагрузки. Нелинейность регулировочной характеристики I _в   = f (I) объясняется влиянием насыщения магнитопровода машины.  

Самовозбуждение генератора

Характеристики генераторов других типов обычно рассматриваются в сравнении с характерис­тиками генератора с независимым способом возбуждения.

Необходимость дополнительного источника постоянного тока для генератора с независимым возбуждением привела к поиску других способов возбуждения. К ним относятся: генераторы с параллельным, последовательным и смешанным способами возбуждения. Эта группа генераторов объединена общим признаком создания основного магнитного потока, называемого самовозбуждением.

Процесс самовозбуждения основан на явлении остаточного намагничивания ферромагнитных материалов, из которых выполнена маг­нитная цепь машины. При изготовлении генераторов главные полюса машины специально намагничивают постоянным током. Эта процедура обеспечивает наличие в машине небольшого остаточного магнитного потока, значение которого составляет 2…3 % от номинального значения основного потока. Рассмотрим суть процесса на примере генератора с параллельным способом возбуждения.

Самовозбуждение генератора осуществляется при отсутствии тока в цепи потребителя, т. е. в режиме холостого хода. В обмотке вращающегося якоря наводится остаточная ЭДС, которая и приложена к зажимам обмотки возбуждения. Под действием остаточной ЭДС в цепи обмотки возбуждения протекает ток, который создает до­полнительный магнитный поток. Направление дополнительного потока должно совпадать по направлению с остаточным магнит­ным потоком машины, т. е. усиливать его. Увеличение суммарного магнитного потока приводит к возрастанию ЭДС в обмотке якоря, а следовательно, и напряжения на зажимах генератора. Процесс само­возбуждения заканчивается, когда падение напряжения в обмотке возбуждения становится равным ЭДС якоря.

По своему виду характеристика холостого хода и регулировочная характеристика у генератора с параллельным возбуждением не отли­чаются от аналогичных характеристик машины, работающей с независимым возбуждением.

Внешняя характеристика генератора с параллельным возбуждением проходит ниже соответствующей характеристики генератора с неза­висимым возбуждением. Это объясняется уменьшением тока возбужде­ния при снижении напряжения с ростом тока нагрузки. В номиналь­ном режиме снижение напряжения составляет 10...15 % от номинального значения.

Генераторы последовательного возбуждения не нашли широкого применения по причине непостоянства выходного напряжения при изменении тока нагрузки. По этой причине их характеристики в данном учебном пособии не рассматриваются.

Генераторы смешанного возбуждения применяют в установках небольшой мощности, где желательно избежать значительного изменения напряжения при отключениях или подключениях отдельных потребителей. Две обмотки возбуждения такого генератора соеди­няют так, чтобы их магнитные потоки складывались. Путем соответствующего подбора числа витков последовательной обмотки можно скомпенсировать падение напряжения на внутреннем сопро­тивлении генератора от действия реакции якоря и обеспечить необходимое напряжение в определенных пределах изменения тока нагрузки.

 

Двигатели постоянного тока

Если цепи обмотки якоря и возбуждения машины постоянного тока подключены к источнику постоянного напряжения, то под действием последнего в этих цепях протекают токи, возбуждающие соответствующие магнитные потоки. В результате взаимодействия магнитных потоков создается вращающий момент, под действием которого якорь начнет вращаться. В этом случае машина будет работать в режиме двигателя, т. е. преобразовывать электрическую энергию в механическую.

При вращении якоря в его обмотке будет индуктироваться ЭДС. Направление ЭДС, определяемое правилом правой руки, противоположно направлению тока в обмотке якоря. Поэтому она называется противоэлектродвижущей силой, а ее роль в двига­теле постоянного тока сводится к ограничению тока в цепи обмотки якоря. Численно значение силы тока в цепи якоря можно вычислить по формуле

.

Рассмотрим возможные способы пуска двигателя в ход.

 

Пуск двигателей постоянного тока

Наиболее распространенными являются следующие способы пуска двигателей постоянного тока: прямой, при котором обмотка якоря непосредственно подключается к источнику постоянного напряжения; реостатный с помощью пускового реостата, который включается в цепь якоря, а также пуск при пониженном напряжении, подводимом к якорю.

В двигателях постоянного тока падение напряжения в цепи якоря обычно не превышает 5...10 % от номинального напряжения. Поэтому при прямом пуске ток в якоре превышает номинальное значение в 10...15 раз. Подобное увеличение силы тока недопустимо ни для сети, питающей двигатель; ни для коллектора и обмотки; ни для рабочего механизма, с которым соединен вал якоря. По этой причине прямой пуск применяется для двигателей, мощность которых не превышает 1 кВт.

Наибольшее распространение получил реостатный пуск. Для огра­ничения пускового тока в цепь якоря двигателя включают пусковой реостат. Сопротивление пускового реостата рассчитывают из условия, чтобы пусковой ток не превышал 2 – 2,5 номинального значения.

Следует помнить, что пусковой реостат предназначен для кратковременной работы. Поэтому по мере увеличения частоты вращения якоря сопротивление пускового реостата уменьшают. На крышке пускового реостата имеется указатель двух предельных режимов. Этим режимам соответствуют надписи "СТОП" и "ХОД".

Надпись "СТОП" соответствует размыканию цепи обмотки якоря, что делает невозможным пуск двигателя.

Надпись "ХОД" соответствует нулевому сопротивлению пускового реостата. В процессе пуска ручка пускового реостата плавно переводится из положения "СТОП" в положение "ХОД".

Пуск происходит быстро и легко, если двигатель развивает пус­ковой момент, превышающий момент сопротивления на валу. Поэтому пуск производят при максимальном магнитном потоке. С этой целью перед пуском двигателя сопротивление в цепи обмотки возбуждения рекомендуется полностью вывести.

Ограничение пускового тока достигается также в случае пуска при пониженном напряжении, подводимом к якорю двигателя от источника с регулируемым напряжением.