Контрольные вопросы

1. Почему характеристика холостого хода для прямой и обратной ветвей раз-

личны?

2. Что такое регулировочная характеристика?

3. Что такое внешняя характеристика?

4. Что такое нагрузочная характеристика?

5. Что такое реакция якоря и в чем она проявляется?

6. Что называется потенциальной кривой?

7. Начертите схему генератора с внешним возбуждением ?

8. Начертите схему генератора со смешанным возбуждением ?

9. Почему в шунтовом генераторе короткое замыкание не опасно?

10. Почему в сериесном генераторе короткое замыкание опасно?

11. Всегда ли в компаундном генераторе короткое замыкание опасно?

12. Почему генератор возбуждается при одном направлении вращения и не

возбуждается при другом?

13. Где используют различное включение сериесной и шунтовой обмоток?

14. Почему во вращающемся якоре возникает эдс даже без подачи напряжения

возбуждения? Будет ли возникать эдс, если статор выполнить из пластин

электротехнической стали?

15. Почему в генераторе с внешним возбуждением короткое замыкание опас

но?

16. Почему генератор самовозбуждается при вращении в одну сторону и не

возбуждается при вращении в противоположную сторону?

17. В каком случае сериесная обмотка увеличивает и в каком слу­чае уменьша

ет выходное напряжение и почему? В каких уст­ройствах это явление

применяется?

18. К чему приводит реакция якоря в генераторах? Как уменьшают реакцию

якоря?

19. Устройство и принцип действия генератора постоянного тока?

20. Где применяют генератор постоянного тока?

21. Что входит в выражение для электромагнитной мощности?

22. Что такое магнитная характеристика?

23. Дайте определение регулировочной характеристике.

24. Назначение компенсирующих обмоток в МПТ?

25. Дайте определение внешней характеристики генератора с параллельной

ОВ? С сериесной ОВ?

26. Начертите внешние характеристики генератора и объясните их поведение.

Лабораторная работа №19 изучение двигателя постоянного тока

Цель работы : изучение характеристик двигателя постоянного тока и методик определения ее параметров

Краткие теоретические сведения. Двигатель постоянного тока (ДПТ) преобразуют электрическую энергию в механическую. Основными харак­теристиками ДПТ являются мощность, величина напряжения, ток якорной обмотки, частота вращения, коэффициент полезного дей­ствия, ток возбуждения, схемы включения обмоток возбуждения, механическая характеристика.

ДПТ состоит из неподвижного статора (станины) с явно выраженными главными полюсами (N и S, четное число), с намотанными на них обмотками воз­буждения (ОВ) для создания основного магнитного потока Ф, ротора (якоря), выполненного из ферромагнитного материала с расположенной на нем якорной обмоткой, коллекторно-щеточного механизма, добавочных полюсов для устранения для устранения реакции якоря. Основной магнитный поток Ф распростра­няется по магнитопроводу статора, пронизывает якорную обмотку и магнитопровод якоря и называется продольным.

По отношению к якорной обмотке ОВ включают параллельно, независимо, последовательно, смешанно. При смешанном (компаундном) включении магнитные потоки различных ОВ могут усиливать или ослаблять общий магнитный поток через якорную обмотку.

Магнитопровод якоря набран из пластин трансформаторной стали. В пазах магнитопровода уложена якорная обмотка. Якорная обмотка обычно двухслойная, замкнутая на себя с отводами, соединенными с пластинами коллектора. Часть обмотки между двумя отводами называется секцией.

Принцип работы ДПТ. При приложении напряжения к якорной обмотке в ней возникает ток Iя. Проводники с током взаимодействуют с магнитным потоком возбуждения Ф и под действием возникающего момента М якорь вращается.

Противоэдс якорной обмотки. При вращении якоря в магнитном поле в его обмотке возникает эдс Е, которая снимается с якоря при помощи коллекторно-щеточного механизма. При отсутствии нагрузки ток в ЯО близок к нулю, так как эдс параллельных ветвей(участков ЯО между ближайшими щетками) взаимно компенсируются.

Эдс якорной обмотки в двигательном режиме направлена встречно к питающему напряжению, называется противоэдс якорной обмотки и описывается уравнением:

Е=Се (Ф1 + Ф2) 19.1.

где Е- эдс якорной обмотки на выводах Я1, Я2 ГПТ. В ГПТ лабораторного стенда Е=200-250 В; -скорость вращения, 1/с. n= /30- частота вращения, об/мин. В лабораторном стенде n=1400-1500 об/мин;

Се- конструктивный коэффициент обмотки определяется по формуле:

Се = р N / (60 а) 19.2.

где N-число активных проводников обмотки якоря, р -число пар полюсов, а- число параллельных ветвей.;

Ф1-магнитный поток, Вб, создаваемый параллельной ОВ, не зависит от тока якоря. (Обмотка с выводами Ш1, Ш2);

Ф2- магнитный поток, создаваемый последовательной ОВ. Зависит от тока якоря. (Обмотка с выводами С1, С2).

Ф2= С ₃ Iя. 19.3.

Магнитные потоки Ф1и Ф2 суммируются с учетом знака.

Ток Iя определяется выражением: Iя=(U-Се Ф)/(Rя+Rдоб.я) 19.4.

где Е= Се Ф ; Rдоб.я -добавочное сопротивление в якорной цепи; Rя –собственное сопротивление якорной обмотки.В номинальном режите Е составляет примерно 0.9 U. При пуске Е= Се Ф= 0. Поэтому , согласно 19.4, пусковой ток двигателя превовосходит номинальный тоа примерно на порядок и его уменьшают с помощью Rдоб.я примернр до 2 Iя _ном. На холостом ходу Е примерно равна U, ток якоря мал, на частоте вращения идеального холостого хода Iя равен нулю. На частоте вращения более частоты идеального холостого хода ток якоря изменяет свой знак и двигатель переходит в генераторный тормозной режим.

Вращающий момент якоря определяется выражением

М=См Iя Ф 19.5.

См -коэффициент.

Пуск двигателя производят при максимальном потоке возбуждения и токе якоря равном (2-3) Iя _ном во избежании сильного искрения.

Скорость вращения якоря определяется выражением:

=[U-Iя(Rя+Rдоб.я)]/CеФ 19.6.

Величину Ф можно изменять добавочным сопротивлением в цепи ОВ, напряжением U, Rдоб.я.

Двигатель с параллельной ОВ ( шунтовый двигатель) представлен на рис.19.1.

Реакция якоря. В ДПТ при протекании тока в якорной обмотке возникает по­перечное магнитное поле, приводящее к размагничиванию одной части главных полюсов и насыщению другой части полюсов "реакция якоря". Реакция якоря приводит к сильному искрению в щетках и нежелательна. Для устранения реакции якоря применяют добавочные полюсы, на которых расположены обмот­ки, соединенные последовательно с якорной обмоткой и отводящие поперечное магнитное поле якоря на себя в обход главных плюсов.

Для устранения искрения можно повернуть на некоторый угол щетки.

Нагрев электродвигателя. В процессе работы из-за потерь в обмотках и потерь в магнитопроводе якоря на перемагничивание и вихревые токи, а также трения в механических узлах ДПТ нагревается. Потери энергии в обмотках (как и в трансформаторах) зависят от режима работы и называются переменными потерями. Потери в магнитопроводе (как и в трансформаторах), на трение не зависят от режима работы и называются постоянными потерями. Охлаждение обмоток происходит воздушным потоком, создаваемым вентилятором на валу якоря.

Кпд ДПТ зависит от режима работы и достигает максимума при равенстве потерь в магнитопроводе и якорной обмотке.

Коллекторно-щеточный механизм выполняет также функцию меха­нического преобразователя переменного тока секций якорной обмотки в напряжение постоянного тока в подводящих проводах.

Коммутация. Существенно на работе ДПТ сказывается правильная коммута­ция в коллекторно-щеточном механизме. Наилучшей считается прямо­линейная коммутация (с одинаковой плотностью тока в щетках) или немного ускоренная. Замедленная коммутация нежелательна, так как приводит к усиленному искрению.

Потенциальная кривая. Эдс витка е=-dФ/dt. Эдс витка - величина векторная и зависит от положения витка относительно магнитного потока Ф. Эдс секции складывается из векторов эдс витков. Эдс ветвей (эдс между щетками) Е складывается из векторов эдс секций. Соответственно напряжение между коллекторными пластинами зависит от их углового положения и определяется в соответствии с п о т е н ц и а л ь н о й к р и в о й.

Установка щеток. Щетки устанавливают в точках наименьшей разности потенциалов между соседними коллекторными пластинами. Иначе возможно возникновение дугового разряда с распространением его по поверхности статора при средней разности напряжения между коллекторными пластинами 15-18 В.