Конструкция и принцип действия ЭМПТ

Билет № 1(13)

Конструкция и принцип действия ЭМПТ

ЭМПТ: коллекторные и бесколлекторные. Основные части:

 

Основные составные части: статор (представляет собой станину) и ротор (якорь);

3- главные полюсы с полюсными наконечниками;

4- ОВ главных полюсов;

5- Доп. полюсы – располагаются между главными полюсами.

Доп. полюсы имеют свою ОВ – обм. доп. полюсов. Они применяются для улучшения коммутации – токосъема с коллектора. Главные полюсы создают основной магнитный поток машины. Таким образом статор является индуктором.

Внутри располагается цилиндр, выполненный из шихтованного из электротехнической стали полого цилиндра. На наружной поверхности цилиндра проштампованы пазы. Обмотка провода покрывается изоляцией.

Строение паза:

1-пазовый клин;

2- обмоточный провод;

3-пазовая изоляция;

4-витковая изоляция;

 

Концы катушек обмотки присоединяются к коллектору машины. Ротор шихтован из электротехнической стали и насажен на вал, т.е. ротор находится на одном валу с коллектором. К коллекторным пластинам присоединяются концы катушек обмотки якоря. Щетки устанавливаются в щеткодержателях, которые крепятся на щеточных пальцах, размещенных на щеточных траверсах. Коллекторно-щеточный механизм обладает достаточно низкой надежностью, что является основным недостатком таких машин.

Принцип действия основан на взаимодействии катушки с током и магнитных полей статора. Индуктор создает постоянное м.п. При движении рамки в м.п. индуктора, в ней наводится ЭДС (правило правой руки). Т.к. рамка поочередно движется то в северном, то в южном полюсах, направление ЭДС в рамке меняется. Т.к. щетки неподвижны, при изменении положения коллектора, напряжение на щетках остается неизменным. Поэтому на выходе машины за коллектором напряжение получается выпрямленным. Назначение коллектора: выпрямление ЭДС переменного тока в генераторном режиме и преобразование постоянного тока в переменный в двигательном режиме.

Билет № 2(14)

Вращающий момент и ЭДС МПТ. Уравнения ЭДС и вращающих моментов генератора и двигателя.

Направление ЭДС определяется правилом правой руки, следовательно ЭДС меняется при повороте ротора. Результирующая ЭДС МПТ создается всеми последовательно соединенными проводниками и зависит от величины магнитного потока и частоты вращения:

с – электромашинная постоянная:

N – общее число проводников якоря;

а – количество пар параллельных ветвей.

В генераторе эта ЭДС является источником тока, поэтому напряжение на зажимах генератора:

В двигательном режиме ЭДС является противоЭДС – направлена навстречу приложенному напряжению. Приложенное напряжение уравновешивается:

В результате взаимодействия тока якоря и магнитного потока, возникает сила, направление которой определяется правилом левой руки. В генераторе она будет направлена навстречу вращению.

Сила, действующая на все проводники с током якоря, умноженная на плече, есть момент, который называется электромагнитным вращающим моментом:

В генераторе электромагнитный момент является противодействующим:

где М₁ – момент приводного двигателя;

М₀ – момент потерь холостого хода.

В двигательном режиме электромагнитный момент является движущим:

где М_С – статический момент нагрузки.

 

Билет № 3 (15)

 

1. Магнитное поле электрической машины постоянного тока при ХХ и нагрузке. Реакция якоря при расположении щёток на нейтрали

При х.х. магнитное поле создаётся индуктором, является однородным и распределяется по трапециедальному закону.

ГН (геометр. нейтраль)

вращ. в левую сторону,

когда в режиме F_a.

F_a – поле реакции якоря.

Результирующий рис.:

ГН – геометрическая нейтраль

ФН – физическая нейтраль – плоскость,

перпендикулярная этим линиям.

 

При нагрузке машины при щётках, расположенных на ГН, картины маг. поля искажаются, увеличив плотность магнитного потока под сбегающим краем полюса в Г-е (под сбегающим краем в Д) и ФН смещается относительно геометр. в сторону вращ. якоря в Г-е (сторону, противоположную напр. вращ. Д-ля). ФН – это плоскость, перпендикулярная магнитным силовым линиям, кривая индукции результирующего поля уже не проходит через О в зоне ГН, а проходит в зоне ФН. Если секция замыкается накоротко, щётками в зоне ГН, то под действием возникающей ЭДС в ней протекают достаточно большие токи. В целях улучшения коммутации по этой причине щётки сдвигают из положения ГН в ФН. Кривая МДС реакции якоря представляет собой ступенчатый треугольник с вершинами в точках, где расположены щётки, а кривая индукции поля якоря отличается от кривой МДС наличием седлообразных провалов.

Поскольку результирующая кривая индукции проходит через О в зоне ФН, щётки сдвигают в машине в положение ФН или противоположном направлении.

При щётках, расположенных на нейтрали, МДС реакции якоря направлена вдоль поперечной оси машины (вдоль ГН) и реакция якоря поперечная. Она не изменяет общего количества магнитных силовых линий, а только искажает форму поля. При сдвиге щёток в направлении вращения в Г-е (противоположном направлении вращения в Д-е) реакция якоря представляет собой действие продольной и поперечной реакции.

Поперечная составляющая F_aq искажает форму поля, продольная реакция уменьшает общее число магнитных силовых линий и является размагничивающей, т. е. магнитное поле ослабляется, что может стать причиной неустойчивой работы.

При сдвиге щёток по направлению вращения в Г-ре (против направления движения Д-ля) результирующий магнитный поток уменьшается вследствие продольной размагничивающей реакции якоря, но щётки оказыв. в полож. ФН там, где результирующая кривая индукции проходит через ноль, следовательно в замыкаемой накоротко секции возникает большой ток. При сдвиге щёток в противоположную сторону против направления вращения в Г-е (по направлению вращения в Д-е) продольная составляющая реакции якоря становится подмагничивающей. В этом случае продольная составляющая МДС реакции якоря F_ad направлена навстречу МДС полюсов и является подмагничивающей. Результирующее магнитное поле увеличивается действием реакции якоря. При работе в Г-ном режиме увеличение тока нагрузки приводит к увеличению напряжения на зажимах Г, это в свою очередь приводит к увеличению тока нагрузки. Поэтому Г-р работает неустойчиво, сдвиг щёток против направления движения Г-а не допуск. Поперечная реакция якоря не изменяет количество магнитных силовых линий. При учёте насыщения оказывается, что и поперечная реакция якоря увеличивает магнитное сопротивление и уменьшает магнитный поток.

 

2.Регулирование нагрузок и V-образные кривые синхронного генератора при параллельной работе

Для регулирования реактивной нагрузки регул. ток возбуждения Г, для регулирования активной нагрузки регулируют момент приводного двигателя.

1) Г не отдаёт в сеть и не потребляет из сети ни активную, ни реактивную мощность. Он работает параллельно с системой в режиме х.х.

2) Увеличим ток возбуждения Г→↑ЭДС Г, а U_c и U_г останутся такими же, как в (1). ∆Е – разность ЭДС. Появляется ток Г, отстающий от ∆Е на 90◦, т.к. Г₁<<Х_d. По отношению к системе этот ток является определяющим, т.е. Г работает по отношению к системе как батарея конденс. Это режим перевозбуждения – отдаёт реактивную мощность.

3) Уменьшим ток возбуждения - ↓Е_г. Появляется разность ЭДС ∆Е, направленная в другую сторону. Ток Г отстаёт от неё на 90◦. По отношению к напряжению системы этот ток является отстающим. Генератор, как катушка индуктивности или СД, потребляет из сети реактивную мощность. Тока возбуждения сказывается недостаточно до создания магнитного потока. Этот режим называется недовозбуждением – потребляет реактивную мощность.

Задание активной мощности

1) Увеличиваем вращающий момент приводного Д, т.е. увеличиваем подачу пара в Т или топлива в ДВС. При этом ротор ускоряется и вектор ЭДС Г-ра двигается в сторону опережения в пределах синхронной связи.

P₁=3U₁I₁cosφ>0, Г отдаёт в сеть активную мощность.

2) P₁<0. СМ потребляет из сети активную мощность, следовательно, становится двигателем ДВС, работает как компрессор, т.е. потребляет энергию бывшего Г.

V-образные характеристики.

1,2,3 – вект. диагр:

а)режим недовозбуждения (Г потребляет из сети реактивную мощность)

в т. 1 – Г не потребл. и не отдаёт реактивную мощность

б) режим перевозбуждения (Г отдаёт в сеть реактивную мощность)

 

 

Билет № 5 (17)

 

Билет № 6 (18)

Билет № 7(19)

Билет №8

1. Прямой и реостатный пуск Д пост. тока. Расчёт пускового реостата.

В системе Г-Д осущ-ся плавный пуск с плавным увеличением U от 0 до U_ном. Двигатели небольшой мощности могут включаться в сеть напрямую (прямой пуск), если их ток не превышает допустимого тока сети, а пусковой момент больше момента нагрузки на валу. Двигатели постоянного тока большим пусковым током и большим пусковым моментом. Для их ограничения (пусковой ток и момент) в цепь якоря двигателя включается пусковой реостат. Схема включения как и для включения регулировочного реостат ; должно обеспечить допустимую величину пускового тока ( =(1.8÷2.2) ).

Затем, по мере разгона двигателя, ступени реостата закорачиваются.

1) Расчёт пускового реостата

(все точки определяются формулой)

(в момент пуска );

2) Электрическое торможение

двигателя постоянного тока

(динамическое, противовключением,

генераторное, рекуперативное);

3) Общее представление о

бесколлекторных двигателях постоянного

тока.

 

Напряжений явнополюсного СГ

 

Активно-индуктивная нагрузка:

;

– продольная составляющая реакция

якоря и она производит размагничивающее

действие на магнитную цепь.

 

 

Активно-ёмкостная нагрузка:

Продольная составляющая реакции

якоря является подмагничивающей,

а напряжение на зажимах больше,

чем ЭДС х.х. Е₁. Вектор напряжения

по-прежнему отстаёт от ЭДС на угол Θ.

 

Билет № 9 (21)

Билет №10(22)

Реакция якоря СГ

При нагрузке Г.3-хфазн. ток якоря создаёт вращ. магнитн. поле реакции Я.Результир магн.

поток равен сумме потоков возбуждения и реакции Я.Реакция Я- взаимодействие поля возбужд.

и поля якоря.

1.Реакция якоря при чисто активной нагрузке

 

 

Fa- МДС якоря, Fb- поток возбуждения

МДС Fb действует вдоль оси полюсов, МДС Fa- вдоль перпендикулярной оси.

d-ось полюсов = продольной оси машиы, q – поперечная ось машины

При чисто активной нагрузке реакция Я поперечная, поток реакции Я действует вдоль попере-

чной оси машины (q). Поперечная реакция Я искажает форму магн. поля,но не измен кол-ва

магн. силовых линий.

2.Реакция Я при чисто индуктивной нагр.

МДС и поток реакции якоря напр.вдоль оси полюсов навстречу потоку возбуждения Фв,т.е. по продольной оси направлен.Реакция Я продольно-размагничивающая.При индуктив. нагр. реакция

Я размагничев-ая и результир. магн. потока маш. меньше чем при х.х.Это значит,что ЭДС маши-ны, кот создаётся результирующим потоком, также при нагр. будет меньше.

3.При ёмкостной нагр. ток Я явл. опережающим, реакция Я оказывается продольной подмагничевающей.Поток реакции Я напр.вдоль q и действует в ту же сторону, что и поток полюсов. Магн. поле маш. усиливается при нагрузке и нап-ряжен. на зажимах может возрастать

при увелич. нагрузки.

4. в общем случае Id=I1*sin(пси) Iq=I1*cos(пси) из этого следует раскладыв. вектор I1

на две состовляющие

 

 

 

Билет №11 (23)

 

1. Электрическое торможение Д постоянного тока

Торможение Д постоянного тока:

1)динамические;

2)противовключением;

3)рекуперативное или генераторное.

ДИНАМИЧЕСКОЕ ТОРМОЖЕНИЕ

Якорь Д отключается от сети и замыкается на тормозное сопротивление. Обмотка включения остаётся включённой на полное напряжение.

cФω=Е-I_a (R_a+R_p), Е=0, следовательно I_a=- cФω/(R_a+R_p). В т.2 начало торможения. I_a и М уменьшаются по мере снижения скорости. Д работает как Г, а приводным Д является инерция ротора. Торможение интенсивное, интенсивность можно регулировать, изменяя сопротивление реостата R_p. Вся, запасённая, кинетическая энергия идёт на нагрев реостата. Неэкономично!

ТОРМОЖЕНИЕ ПРОТИВОВКЛЮЧЕНИЕМ

Изменяется полярность либо на ОВ, либо на обмотке якоря. В системе Г-Д это осуществляется

изменением направления тока в ОВ Г. Обеспечивается взаимная блокировка от одновременно включённых контактов Р и Т. R_p для ограничения I_пуск. cФω=-U-I_a (R_a+R_p), I_a=- (U+cФω)/(R_a+R_p). В начальный момент времени на зажимах якоря двойное напряжение и для того, чтобы ток не был большим, вводится реостат.

1 – рабочая точка ДР; 2 – точка начального тормозного момента; 3 – остановка Д. Если не отключить Д, он разгонится в др. сторону (до т.3 надо отключить!) Интенсивное торможение регулируется реостатом R_p. Вся, запасённая, кинетическая энергия превращается в тепло.

РЕКУПЕРАТИВНОЕ ИЛИ ГЕНЕРАТОРНОЕ

В этот режим Д переходит, когда частота вращения ротора становится больше частоты вращения на х.х. (ω_рот.> ω_хх). В системе Г-Д этот режим можно получить путём снижения напряжения. 2-3 – энергия отдаётся в сеть; Положение т.4 зависит от нагрузки на валу. Торможение экономичное, но его применяют только для подтормаживания.

Возбуждение СГ

Система возбуждения должна обеспечить:

- питание ОВ постоянным током;

- регулирование тока возбуждения;

- автоматическая форсировка возбуждения (АФВ);

- автоматическое гашение поля (АГП).

АФВ нужна для повышения устойчивости СМ при удалённых К.З., с целью удержания её в синхронизме системы.

АГП нужно для ограничения времени действия внутренних К.З. и К.З. на зажимах Г. Система АГП позволяет быстро снизить до нуля магнитный поток и ток К.З.

1) Возбуждение от возбудителя постоянного тока, расположенного на одном валу с Г.

ОВВ – обмотка возбуждения

возбудителя; ОВСГ – обмотка

возбуждения СГ. Возбудитель

обеспечивает питание ОВ

постоянным током. Сопротивление R_в – регулятор возбуждения. В общем случае – это не просто реостат, а электронное устройство. При удалённых К.З. замыкается контакт АФВ, что приводит к быстрому увеличению тока возбуждения возбудителя и Г. При внутреннем К.З. размыкающий контакт АГП отключает питание обмотки возбуждения Г, а замыкающий контакт подключает её к гасительному (разрядному) сопротивлению, чем обеспечивается быстрое уменьшение магнитного потока. Такая система возбуждения используется для возбуждения СГ небольшой мощности.

1) Возбуждение СГ от синхронного возбудителя и подвозбудителем постоянного тока

Применяется для возбуждения Г большой мощности. Целью применения такого каскада явл. Снижение мощности машины постоянного тока. Кроме того, такая схема обеспечивает лучшее качество регулирования возбуждения.

Регулирование тока возбуждения подвозбудителя обеспечивает регулирование напряжения на его якоре и регулирование тока возбуждения возбудителя. Это обеспечивает регулирование тока якоря синхр. Возбудителя и тока возбуждения СГ, кот. Получает питание ч\з выпрямитель. Мощность возбудителя составляет 5-10% от мощности Г. Мощность подвозбудителя – 5-10% от мощности возбудителя. В системе обеспечивается регулирование мощного Г, путём регулирования маломощного возбудителя.

3) Возбуждение СГ от независимого источника постоянного тока

ТВ – тиристорный возбудитель – управляемый выпрямитель, кот. Получает питание от независимого источника. В этом случае на одном валу с СГ не устанавливается возбудитель.

Постоянный ток в этой и предыдущих схемах к ОВСГ подводится ч\з контактные кольца (КК). КК и щётки (Щ), как и всякий подвижный контакт, отличаются пониженной надёжностью. Поэтому для возбуждения СГ применяют схему безконтактного возбуждения.

4) Схема с вращающимся выпрямителем

В этой схеме обеспечивается самовозбуждение за счёт остаточного магнитного потока СГ. Под действием Ф_ост. В обмотке якоря Г возникает ЭДС и ч\з выпрямитель постоянный ток (небольшой по величине) подаётся в ОВСВ. Дальше процесс возбуждения происходит аналогично процессу самовозбуждения АГ. Дополнительный магнитный поток Г, созданный током возбуждения, д.б. направлен в ту же сторону, что и остаточный магнитный поток. Частота вращения Г д.б. выше некоторой критической величины. Для стабилизации выходного напряжения или управления напряжением по заданному закону, применяется более сложная схема автоматического регулирования с ОС по току и напряжению.

 

 

Билет №12(24)

Билет №4(16)

Билет № 1(13)

Конструкция и принцип действия ЭМПТ

ЭМПТ: коллекторные и бесколлекторные. Основные части:

 

Основные составные части: статор (представляет собой станину) и ротор (якорь);

3- главные полюсы с полюсными наконечниками;

4- ОВ главных полюсов;

5- Доп. полюсы – располагаются между главными полюсами.

Доп. полюсы имеют свою ОВ – обм. доп. полюсов. Они применяются для улучшения коммутации – токосъема с коллектора. Главные полюсы создают основной магнитный поток машины. Таким образом статор является индуктором.

Внутри располагается цилиндр, выполненный из шихтованного из электротехнической стали полого цилиндра. На наружной поверхности цилиндра проштампованы пазы. Обмотка провода покрывается изоляцией.

Строение паза:

1-пазовый клин;

2- обмоточный провод;

3-пазовая изоляция;

4-витковая изоляция;

 

Концы катушек обмотки присоединяются к коллектору машины. Ротор шихтован из электротехнической стали и насажен на вал, т.е. ротор находится на одном валу с коллектором. К коллекторным пластинам присоединяются концы катушек обмотки якоря. Щетки устанавливаются в щеткодержателях, которые крепятся на щеточных пальцах, размещенных на щеточных траверсах. Коллекторно-щеточный механизм обладает достаточно низкой надежностью, что является основным недостатком таких машин.

Принцип действия основан на взаимодействии катушки с током и магнитных полей статора. Индуктор создает постоянное м.п. При движении рамки в м.п. индуктора, в ней наводится ЭДС (правило правой руки). Т.к. рамка поочередно движется то в северном, то в южном полюсах, направление ЭДС в рамке меняется. Т.к. щетки неподвижны, при изменении положения коллектора, напряжение на щетках остается неизменным. Поэтому на выходе машины за коллектором напряжение получается выпрямленным. Назначение коллектора: выпрямление ЭДС переменного тока в генераторном режиме и преобразование постоянного тока в переменный в двигательном режиме.