31 Генераторы постоянного тока, основные характеристики

Машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называются генераторами.  Простейший генератор постоянного тока (рис. 1) представляет собой помещенную между полюсами магнита рамку из проводника, концы которого присоединены к изолированным полукольцам, называемым пластинами коллектора. К полукольцам (коллектору) прижимаются положительная и отрицательная щетки, которые замыкаются внешней цепью через электрическую лампочку. Для работы генератора рамку проводника с коллектором необходимо вращать. В соответствии с правилом правой руки при вращении рамки проводника с коллектором в ней будет индуктироваться электрический ток, изменяющий свое направление через каждые пол-оборота, так как магнитные силовые линии каждой стороной рамки будут пересекаться то о одном, то в другом направлении. Вместе с этим через каждые пол-оборота изменяется контакт концов проводника рамки и полуколец коллектора со щетками генератора. Во внешнюю цепь ток будет идти в одном направлении, изменяясь только по величине от 0 до максимума. Таким образом, коллектор в генераторе служит для выпрямления переменного тока, вырабатываемого рамкой. Для того чтобы электрический ток был постоянным не только по направлению, но и по величине, (по величине — приблизительно постоянным), коллектор делают из многих (36 и более) пластин, а проводник представляет собой много рамок или секций, выполненных в виде обмотки якоря. 

                                                  

Рис. 1. Схема простейшего генератора постоянного тока: 1 — полукольцо или коллекторная пластина; I — рама проводника; 3 — щетка генератора     Принципиальное устройство простейшего генератора переменного тока показано на рис. 4. В этом генераторе концы рамки проводника присоединяются каждый к своему кольцу, а к кольцам прижимаются щетки генератора. Щетки замыкаются внешней цепью через электрическую лампочку. При вращении рамки с кольцами в магнитном поле генератор даст переменный ток, изменяющий через каждые пол-оборота величину и направление. Такой переменный ток называется однофазным. В технике применяются генераторы трех- 

 

                                                   

Рис. 2. Схема простейшего генератора переменного тока:  1 — полюс электромагнита; 2 — катушка возбуждения; 3 — контактное кольцо; 4 — щетка генератора; S — внешняя цепь; 6 — рамка проводника; 7 — источник постоянного тока  фазного тока, которые по ряду причин являются наиболее удобными для использования. Простейший трехфазный генератор имеет три рамки (обмотки) проводов, сдвинутых относительно друг друга по окружности вращения на 120 °. Трехфазный ток изменяет свою величину и направление через каждые 120° оборота. Время на совершение одного колебания называется периодом, а число периодов в секунду — частотой переменного электрического тока.

Характеристики в лекции

32, 35 Индукторные генераторы переменного тока, устройство и принцип работы

Индукторный генератор, электрическая машина переменного тока, у которой изменение магнитного потока, пронизывающего обмотки статора, вызывается перемещением ферромагнитного зубчатого ротора. Поток возбуждения создаётся обмоткой, питаемой постоянным током. Обмотка возбуждения и рабочая обмотка неподвижно располагаются на статоре. Различают И. г. с пульсирующим полем, в которых магнитное поле, изменяясь по величине (пульсируя), не меняет своей полярности, и генераторы, в которых магнитное поле меняется и по величине, и по направлению. И. г. первого типа выполняются как однофазными, так и трёхфазными; частота генерируемого тока достигает 10 кгц. И. г. второго типа выполняются только однофазными; частота от 10 до 20 кгц. И. г. всегда спарен с приводным двигателем и применяется главным образом для преобразования частоты электрического тока 

 Индукторный генератор переменного тока. На рис. 3а изображена модель индукторного генератора переменного тока.(он автомобильный)

 а — модель генератора;

 б — схема соединения обмоток на однофазном статоре;

 в — упрощенная конструкция генератора;

 1 — — паз ротора;

 2 — подшипник;

 3 — вал ротора;

 4 — полюс ротора;

 5 — корпус генератора;

 Wв,Wф — обмотки возбуждения и фазные.

 Основным отличием этого генератора является то, что его вращающийся ротор — это пассивная магнитомягкая ферромасса, а обмотка возбуждения Wв установлена на неподвижном статоре вместе с фазными обмотками wф. Для уменьшения магнитных потерь ферромасса ротора, как и статора, выполнена набором тонких пластин из электротехнической стали. Генератор является бесконтактным.

 Работа такого генератора основана на периодическом прерывании постоянного магнитного потока Фs, статора, что при вращении ротора достигается периодическим изменением величины воздушного зазора между статором и ротором. Ясно, что при этом магнитный поток Фs периодически изменяется с частотой, кратной частоте вращения ротора. Таким образом, индукторный генератор является синхронным и управляется по напряжению с помощью изменения тока Iв возбуждения в статорной обмотке Wв.

 В индукторном генераторе реализуется принцип получения ЭДС путем изменения магнитной проводимости Gg в воздушном зазоре: Еф = — WфG8f8(dF8/dt), при управлении величиной индукции Bs магнитного поля статора.

 Соответствующим подбором конфигурации поверхности пассивного ротора и полюсных наконечников статора можно приблизить периодичность изменения магнитного потока Фs к синусоидальному закону, что обеспечивает синусоидальную форму рабочему напряжению генератора: eф = Ефsinwt.

 Индукторный генератор, как и вышеописанные типы генераторов, может быть однофазным или многофазным. Это зависит от числа фазных катушек на статоре, от их расположения и от способа их соединения.

 На рис. 3б приведена схема соединения обмоток и их расположения на однофазном статоре индукторного генератора.

 Многофазный индукторный генератор, упрощенная конструкция которого показана на рис. Зв, обладает всеми преимуществами бесконтактных генераторов, и в последнее время стал постепенно внедряться в систему электроснабжения современного легкового автомобиля.

33 Индукторный генератор переменного тока, внешняя характеристика.

Не нашла, мб в лекции

34 Условие самовозбуждения генератора

См лаб №1

36 Электродвигатели постоянного тока, устройство и принцип работы, способы регулирования

Электродвигатели постоянного тока применяют в тех электроприводах, где требуется большой диапазон регулирования скорости, большая точность поддержания скорости вращения привода, регулирования скорости вверх от номинальной.

Как устроены электродвигатели постоянного тока

Работа электрического двигателя постоянного тока основана на явлении электромагнитной индукции. Из основ электротехники известно, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила, определяемая по правилу левой руки:

F = BIL, 

где I — ток, протекающий по проводнику, В — индукция магнитного поля; L — длина проводника.

При пересечении проводником магнитных силовых линий машины в нем наводится электродвижущая сила, которая по отношению к току в проводнике направлена против него, поэтому она называется обратной или противодействующей (противо-э. д. с). Электрическая мощность в двигателе преобразуется в механическую и частично тратится на нагревание проводника.

К онструктивно все электрические двигатели постоянного тока состоят из индуктора и якоря, разделенных воздушным зазором.

Индуктор электродвигателя постоянного тока служит для создания неподвижного магнитного поля машины и состоит из станины, главных и добавочных полюсов. Станина служит для крепления основных и добавочных полюсов и является элементом магнитной цепи машины. На главных полюсах расположены обмотки возбуждения, предназначенные для создания магнитного поля машины, на добавочных полюсах -специальная обмотка, служащая для улучшения условий коммутации.

Якорь электродвигателя постоянного тока состоит из магнитной системы, собранной из отдельных листов, рабочей обмотки, уложенной в пазы, и коллектора служащего для подвода к рабочей обмотке постоянноготока.

Коллектор представляет собой цилиндр, насаженный на вал двигателя и избранный из изолированных друг от друга медных пластин. На коллекторе имеются выступы-петушки, к которым припаяны концы секций обмотки якоря. Съем тока с коллектора осуществляется с помощью щеток, обеспечивающих скользящий контакт с коллектором. Щетки закреплены в щеткодержателях, которые удерживают их в определенном положении и обеспечивают необходимое нажатие щетки на поверхность коллектора. Щетки и щеткодержатели закреплены на траверсе, связанной с корпусом электродвигателя.

Коммутация в электродвигателях постоянного тока

В процессе работы электродвигателя постоянного тока щетки, скользя по поверхности вращающегося коллектора, последовательно переходят с одной коллекторной пластины на другую. При этом происходит переключение параллельных секций обмотки якоря и изменение тока в них. Изменение тока происходит в то время, когда виток обмотки замкнут щеткой накоротко. Этот процесс переключения и явления, связанные с ним, называются коммутацией.

В момент коммутации в короткозамкнутой секции обмотки под влиянием собственного магнитного поля наводится э. д. с. самоиндукции. Результирующая э. д. с. вызывает в короткозамкнутой секции дополнительный ток, который создает неравномерное распределение плотности тока на контактной поверхности щеток. Это обстоятельство считается основной причиной искрения коллектора под щеткой. Качество коммутации оценивается по степени искрения под сбегающим краем щетки и определяется по шкале степеней искрения.

Способы возбуждения электродвигателей постоянного тока

Под возбуждением электрических машин понимают создание в них магнитного поля, необходимого для работы электродвигателя. Схемы возбуждения электродвигателей постоянного тока показаны на рисунке.

 

Схемы возбуждения электродвигателей постоянного тока: а - независимое, б - параллельное, в - последовательное, г - смешанное

По способу возбуждения электрические двигатели постоянного тока делят на четыре группы:

1. С независимым возбуждением, у которых обмотка возбуждения НОВ питается от постороннего источника постоянного тока.

2. С параллельным возбуждением (шунтовые), у которых обмотка возбуждения ШОВ включается параллельно источнику питания обмотки якоря.

3. С последовательным возбуждением (сериесные), у которых обмотка возбуждения СОВ включена последовательно с якорной обмоткой.

4. Двигатели со смешаным возбуждением (компаундные), у которых имеется последовательная СОВ и параллельная ШОВ обмотки возбуждения.

Пуск двигателей постоянного тока

В начальный момент пуска двигателя якорь неподвижен и противо-э. д. с. инапряжение в якоре равна нулю, поэтому Iп = U / Rя.

Сопротивление цепи якоря невелико, поэтому пусковой ток превышает в 10 - 20 раз и более номинальный. Это может вызвать значительные электродинамические усилия в обмотке якоря и чрезмерный ее перегрев, поэтому пуск двигателя производят с помощью пусковых реостатов - активных сопротивлений, включаемых в цепь якоря.

Двигатели мощностью до 1 кВт допускают прямой пуск.

Величина сопротивления пускового реостата выбирается по допустимому пусковому току двигателя. Реостат выполняют ступенчатым для улучшения плавности пуска электродвигателя.

В начале пуска вводится все сопротивление реостата. По мере увеличения скорости якоря возникает противо-э. д. с, которая ограничивает пусковые токи. Постепенно выводя ступень за ступенью сопротивление реостата из цепи якоря, увеличивают подводимое к якорю напряжение.

Регулирование частоты вращения электродвигателя постоянного тока

Частота вращения двигателя постоянного тока:

где U — напряжение питающей сети; Iя — ток якоря; Rя — сопротивление цепн якоря; kc — коэффициент, характеризующий магнитную систему; Ф — магнитный поток электродвигателя.

Из формулы видно, что частоту вращения электродвигателя постоянного тока можно регулировать тремя путями: изменением потока возбуждения электродвигателя, изменением подводимого к электродвигателю напряжения и изменением сопротивления в цепи якоря.

Наиболее широкое применение получили первые два способа регулирования, третий способ применяют редко: он неэкономичен, скорость двигателя при этом значительно зависит от колебаний нагрузки. Механические характеристики, которые при этом получаются, показаны нарисунке.

Механические характеристики электродвигателя постоянного тока при различных способах регулирования частоты вращения

Жирная прямая — это естественная зависимость скорости от момента на валу, или, что то же, от тока якоря. Прямая естественной механической характеристики несколько отклоняется от горизонтальном штриховой линии. Это отклонение называют нестабильностью, нежесткостью, иногда статизмом. Группа непаралельных прямых I соответствует регулированию скорости возбуждением, параллельные прямые II получаются в результате изменения напряжения якоря, наконец, веер III — это результат введения в цепь якоря активного сопротивления.

Величину тока возбуждения двигателя постоянного тока можно регулировать с помощью реостата или любого устройства, активное сопротивление которого можно изменять по величине, например транзистора. При увеличении сопротивления в цепи ток возбуждения уменьшается, частота вращения двигателя увеличивается. При ослаблении магнитного потока механические характеристики располагаются выше естественной (т. е. выше характеристики при отсутствии реостата). Повышение частоты вращения двигателя вызывает усиление искренияпод щетками. Кроме того, при работе электродвигателя с ослабленным потоком уменьшается устойчивость его работы, особенно при переменных нагрузках на валу. Поэтому пределы регулирования скорости таким способом не превышают 1,25 - 1,3 от номинальной.

Регулирование изменением напряжения требует источника постоянного тока, например генератора или преобразователя. Такое регулирование используют во всех промышленных системах электропривода: генератор - двигатель постоянного тока (Г - ДПТ), электромашинный усилитель -двигатель постоянного тока (ЭМУ - ДПТ), магнитный усилитель - двигатель постоянного тока (МУ - ДПТ), тиристорный преобразователь -двигатель постоянного тока (Т - ДПТ).

Торможение электродвигателей постоянного тока

В электроприводах с электродвигателями постоянного тока применяют три способа торможения: динамическое, рекуперативное и торможение противовключением.

Динамическое торможение электродвигателя постоянного тока осуществляется путем замыкания обмотки якоря двигателя накоротко или через резистор. При этом электродвигатель постоянного тока начинает работать как генератор, преобразуя запасенную им механическую энергию в электрическую. Эта энергия выделяется в виде тепла в сопротивлении, на которое замкнута обмотка якоря. Динамическое торможение обеспечивает точный останов электродвигателя.

Р екуперативное торможение электродвигателя постоянного тока осуществляется в том случае, когда включенный в сеть электродвигатель вращается исполнительным механизмом со скоростью, превышающей скорость идеального холостого хода. Тогда э. д. с, наведенная в обмотке двигателя, превысит значение напряжения сети, ток в обмотке двигателя изменяет направление на противоположное. Электродвигатель переходит на работу в генераторном режиме, отдавая энергию в сеть. Одновременно на его валу возникает тормозной момент. Такой режим может быть получен в приводах подъемных механизмов при опускании груза, а также при регулировании скорости двигателя и во время тормозных процессов в электроприводах постоянного тока.

Рекуперативное торможение двигателя постоянного тока является наиболее экономичным способом, так как в этом случае происходит возврат в сеть электроэнергии. В электроприводе металлорежущих станков этот способ применяют при регулировании скорости в системах Г - ДПТ и ЭМУ - ДПТ.

Торможение противовключением электродвигателя постоянного тока осуществляется путем изменения полярности напряжения и тока в обмотке якоря. При взаимодействии тока якоря с магнитным полем обмотки возбуждения создается тормозной момент, который уменьшается по мере уменьшения частоты вращения электродвигателя. При уменьшении частоты вращения электродвигателя до нуля электродвигатель должен быть отключен от сети, иначе он начнет разворачиваться в обратную сторону.

37 синхронный генератор с внешним стабилизатором, векторная диаграмма

Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.

По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного тока и переменного тока. Как правило тип питания (постоянный либо переменный ток) такой же, как и выходное напряжение, хотя возможны исключения.

Схема м.б. в лекции

38 кислотные аккумуляторы, устройство и принцип работы

См лаб

39 щелочные аккумуляторы, устройство и пинцип работы

См лаб

40 тиристорный регулятор напряжения генератора

Тиристорный регулятор напряжения предназначен для стабилизации напряжения машинных генераторов повышенной частоты на заданном уровне при изменении характера и величины нагрузки.

Схема в лекциях

41 электрическое отопление пассажирских вагонов

Система отопления служит для поддержания внутри вагона нормального температурного режима. Независимо от температуры наружного воздуха, температура внутри вагона должна быть 20±2^ОС (при наружной температуре воздуха до -40^ОС и скорости движения до 160 км/ч). Кроме того, система отопления должна подогревать воздух, подаваемый вентиляционной установкой, обеспечивать подогрев воды в системе горячего водоснабжения, а вагонах последних лет выпуска обеспечивать обогрев головок водоналивных труб.

Приборы отопления любой системы должны быть безопасны в пожарном отношении, просты в обслуживании и надежны в работе.

  Электрическая система отопления в нее входят электропечи установленные у пола (под сиденьями и вдоль стен) и электрокалориферы установленные в воздуховоде системы вентиляции;

42 Виды ТО электрооборудования вагонов

ТО-1,ТО-2, ТО-3, и всех плановых видах ремонта. Текущий ремонт и обслуживание электрооборудования на вагоне производится в условиях эксплуатации при подготовке вагона в рейс и в пути следования

43 ТО электрооборудования вагонов при ТО-1

В процессе ТО-1 проверяют техническое состояние колесных пар, рам тележек, надрессорных балок, поддонов, надбуксового рессорного подвеши­вания, буксовых узлов центрального подвешивания, зазоры между скользу-нами, детали люлечного подвешивания, предохранительные скобы, пятник и подпятник, гидравлические гасители колебаний. Проверяют высоту осей ав­тосцепок и состояние автосцепного оборудования. Тщательно осматривают все детали автоматического и ручного тормозов, проверяют действие авто­тормозов в соответствии с действующей инструкцией и контролируют дейст­вие ручного тормоза.

При подготовке вагона в рейс производят наружный осмотр приводов генераторов. Техническое обслуживание электрооборудования, холодильного оборудования, радиооборудования, внутрипоездной телефонной связи произ­водят в соответствии с действующей инструкцией по техническому обслужи­ванию оборудования пассажирских вагонов.

Осмотрщики по внутреннему оборудованию проверяют состояние кра­нов и вентилей, водяных баков, труб, кипятильника, умывальных чаш, унита­зов и педального механизма их клапанов. В системе водяного отопления про­веряют техническое состояние котла, вентилей, кранов, насосов, разделок дымовых труб.

44 ТО-2

Техническое обслуживание ТО-2 (сезонное) является подготовкой ваго­на к работе в зимних или летних условиях. Зимнее техническое обслужива­ние вагонов, работающих в районах с низкими температурами, заканчивают к 1 октября, остальных вагонов — к 15 октября. Летнее обслуживание заканчи­вают к 15 мая. Перечень работ по ТО-2 включает работы по подготовке сис­темы отопления (водяного, комбинированного или электрического типов), системы водоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также работы по доведению до требуемого значения плотности электролита акку­муляторных батарей. Выполняют также работы, предусмотренные ТО-1.

45 ТО -3

ТО-3 - единая техническая ревизия пассажирских вагонов; раз в 6 месяцев.

46 Производственный участок по ремонту электрооборудования вагонов

47 Ремонт электрической аппаратуры

3.17. Арматура освещения

3.17.1. Сигнальные фонари, потолочные и настенные светильники с вагонов снять и направить в ремонтное отделение.

Розетки внутренней проводки и выключатели всех типов вскрыть.

Снятую арматуру очистить от грязи и пыли, осмотреть, неисправную отремонтировать или заменить новой.

3.17.2. При ремонте светильников должен выполняться следующий объем обязательных работ:

а) дефектация;

б) мойка, замена или ремонт стекол;

в) замена неисправных ламп;

г) ремонт патронов;

д) замена поврежденных проводов;

е) ремонт выводов;

ж) замена крепежных элементов с поврежденной резьбой или нарушенным покрытием;

з) ремонт или замена ПРА;

и) ремонт корпусов и восстановление нарушенного покрытия на корпусах и отражателях;

к) испытания.

Светильники с лампами накаливания открытых вагонов постройки СССР и ПНР, у которых имеется свободный доступ к патрону и подводящим проводам, при отсутствии дефектов по п. "и" разрешается ремонтировать на вагоне.

Люминесцентные светильники, имеющие свободный доступ к проводам и контактным соединениям, при отсутствии дефектов по п. п. "д", "з", "и" разрешается ремонтировать на вагоне.

3.17.3. Стекла рассеивателей и люминесцентных светильников осмотреть, поврежденные заменить. Стекла рассеивателей промывать в 5%-ом растворе щелочи или другого растворителя, стекла люминесцентных светильников промывать в теплой воде.

Разрешается ремонтировать стекла люминесцентных светильников из полистирола или метилакрилата, имеющие трещины длиной не более 60 мм.

3.17.4. Лампы светильников, стартеры люминесцентных светильников осмотреть и проверить, негодные заменить новыми.

Разрешается производить замену стартеров и ламп светильников на вагонах постройки ГДР, ВНР и ПНР на отечественные с аналогичными параметрами.

Мощность ламп, устанавливаемых в светильники и рассеиватели, должна соответствовать указаниям завода-изготовителя.

3.17.5. Зажимы штифтовых и двухштырьковых патронов осмотреть, неисправные отремонтировать, при невозможности ремонта - заменить, контакты зачистить, работоспособность контактных пружин и двухштырьковых патронов проверить в рабочем состоянии.

3.17.6. Установочные провода в светильниках осмотреть, провода с поврежденной или пересохшей изоляцией заменить. Крепление проводов в светильнике должно соответствовать типовому.

3.17.7. Выводные наборы осмотреть, при наличии механических повреждений, следов подгара или перегрева - заменить новыми. Исправные выводные наборы очистить от пыли и протереть бензином.

3.17.8. Крепежные элементы всех узлов освещения (выключателей, светильников, розеток и т.п.) при наличии повреждения резьбы или нарушенном покрытии заменить.

Токоведущие винты, гайки, шайбы, изношенные или имеющие нарушение антикоррозийного покрытия, заменить, недостающие пополнить.

3.17.9. Статические высокочастотные преобразователи для люминесцентного освещения с вагона снять, направить в ремонтное отделение, обдуть от пыли и проверить.

Элементы статического преобразователя ремонтировать в соответствии с требованиями раздела 3.9, вышедшие из строя заменить.

3.17.10. Неисправные дроссели, стартеры и другие элементы пускорегулирующей аппаратуры люминесцентных светильников заменить новыми.

3.17.11. Отражатели светильников осмотреть, промыть теплой водой, неисправные отремонтировать, нарушенное покрытие восстановить.

Поврежденные металлические корпуса выправить, покрытие восстановить, при невозможности ремонта заменить.

Поврежденные пластмассовые корпуса заменить.

Разрешается ремонт с разделкой и склеиванием трещин в корпусах при длине трещин до 25 мм.

3.17.12. У отремонтированных и новых светильников проверить:

а) величину сопротивления изоляции при снятых лампах:

- между концами проводов, выходящими из светильника;

- между выходящими концами проводов, соединенными вместе, и заземляющим проводом (при отсутствии заземления - металлическими нетоковедущими частями);

величина сопротивления изоляции, измеренная мегаомметром на 500 В, должна быть не менее 2 МОм;

б) светильники люминесцентного освещения в сборе и светильники с лампами накаливания - на функционирование, при этом у люминесцентных светильников потребляемый ток не должен превышать номинального значения при номинальном напряжении питания.

3.17.13. При выходе из строя арматуры освещения, особенно на ЦМВ ранних выпусков и иностранной постройки, арматуру разрешается заменять типовой, применяемой в аналогичных узлах современных вагонов.

При замене арматуры на современную замене подлежат все аналогичные узлы данного вагона независимо от их технического состояния.

3.17.14. Выключатели и переключатели освещения купе обдуть от пыли, проверить на четкость срабатывания, неисправные заменить.

Контакты осмотреть и окропить, имеющие нарушения антикоррозийного покрытия заменить или отремонтировать.

3.17.15. При выходе из строя специальных розеток для электробритв разрешается производить их замену на обычные розетки с установкой на распределительном щите тумблера для включения преобразователя.

3.17.16. При выходе из строя сигнальных ламп на щитах вагонов постройки ГДР, ПНР и ВНР разрешается производить замену сигнальных ламп на отечественные в соответствии с действующей документацией.

3.17.18. Произвести изоляцию мест постановки арматуры и светильников по чертежам ЦВ МПС.

3.17.19. Концевые, ответвительные, подмашинные, аккумуляторные выводные коробки, лобовые наружные и коридорные розетки вскрыть, неисправные заменить или отремонтировать. Выводные наборы снять и отремонтировать в соответствии с требованиями п. 3.17.7, при невозможности ремонта - заменить.

3.17.20. Сигнальные фонари установить на резиновых прокладках на лаковой подмазке П-00-2 (кроме "МИКСТ"). Крепление фонарей разрешается производить капроновыми винтами (болтами).