МПТ

1. Устройство промышленного генератора постоянного тока и принцип его работы.

Генера́тор постоя́нного то́ка — электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию постоянного тока.

Принцип действия генератора основан на законе электромагнитной индукции — индуцировании электродвижущей силы в прямоугольном контуре, находящейся в однородном вращающемся магнитном поле. Две равные порознь вертикальные стороны контура  являются активными, так как их пересекают магнитные линии магнитного поля. Две равные порознь горизонтальные стороны контура — не активные. В каждой из активных сторон контура индуктируется электродвижущая сила, величина которой определяется по формуле:

 и  , где

 и   — мгновенные значения электродвижущих сил, индуктированных в активных сторонах контура, в вольтах;

 — магнитная индукция магнитного поля в  Тл;

 — длина каждой из активных сторон контура в метрах;

 — линейная скорость,

 — время в секундах;

 и   — углы, под которыми магнитные линии пересекают активные стороны контура.

Если в контуре вращается однородное магнитное поле с равномерной угловой скоростью, то в нём индуктируется синусоидальная электродвижущая сила.

Устройство: токосъём осуществляется щётками, причем каждая щётка сохраняет свою полярность неизменной, совокупность контактных пластин и изолирующих промежутков называется колле́ктор, контактная пластина носит название колле́кторная пласти́на. Весь узел в сборе (коллектор, щётки и держатели щёток) называется щёточно-колле́кторный у́зел.

Остов (статор) генератора называется ярмо́. К ярму прикреплены сердечники электромагнитов, крышки с подшипниками, в которых вращается вал генератора. Ярмо изготавливается из  литой стали. На сердечники электромагнитов насажены катушки возбуждения. Чтобы придать магнитным линиям магнитного поля необходимое направление, сердечники электромагнитов снабжаются полюсными наконечниками. Электромагниты, питаемые постоянным током (током возбуждения) создают в генераторе магнитное поле.

Вращающаяся часть генератора (ротор) называется я́корь. Сердечник якоря изготавливается из электротехнической стали. Во избежание потерь на вихревые токи сердечник якоря собирается из отдельных стальных листов зубчатой формы, которые образуют впадины (пазы). Во впадины укладывается якорная (силовая) обмотка.

Щётки, как правило, изготавливают из графита. Минимальное число щёток в генераторе постоянного тока равно двум: одна является положительным полюсом генератора , другая — отрицательным полюсом. В многополюсных генераторах число пар щёток обычно равняется числу пар полюсов.

Щёткодержатель обеспечивает постоянный прижим щёток вогнутой стороной к цилиндрической поверхности коллектора.

2 Что такое реакция якоря? Какое влияние оказывает реакция якоря на внешнюю характеристику генератора постоянного тока.

Влияние поля якоря на поле полюсов называется реакцией якоря. Она отрицательно сказывается на работе МПТ, приводит к необходимости смещать щетки на некоторый угол по ходу вращения
якоря (для генераторного режима) и в противоположном направлении (для двигателя), так как между щетками и коллектором может возникнуть сильное искрение. Реакция смещает и частично ослабляет (размагничивает) поле полюсов, что приводит к уменьшению напряжения на зажимах генератора, работающего под нагрузкой, а
также к уменьшению частоты вращения в режиме двигателя.

3 Способы возбуждения генераторов постоянного тока и соответствующие схемы их включения

4 Процесс самовозбуждения генераторов постоянного тока

Генератор параллельного возбуждения работает по принципу самовозбуждения. Для самовозбуждения генератора необходимо выполнение следующих условий: наличие остаточного магнитного потока Ф0; включение обмотки возбуждения таким образом, чтобы создаваемый ею магнитный поток совпадал по направлению с остаточным магнитным потоком; сопротивление цепи
возбуждения должно быть меньше некоторого критического значения при Iкр, определяемого тангенсом угла наклона прямолинейного участка характеристики холостого хода.

К генераторам с самовозбуждением относятся генераторы параллельного возбуждения, генераторы последовательного возбуждения и генераторы смешанного возбуждения.

Для того чтобы на зажимах генератора с самовозбуждением появилось напряжение, необходимо выполнить ряд условий самовозбуждения. Рассмотрим ряд условий самовозбуждения на примере генератора с параллельным возбуждением.

Для того чтобы на зажимах генератора параллельного возбуждения появилось напряжение, нужно привести генератор во вращение от постороннего источника механической энергии. При этом должны быть выполнены следующие условия:

Генератор должен обладать остаточным магнетизмом. В этом случае на зажимах якоря генератора появится напряжение. Появившееся напряжение остаточного магнетизма прикладывается к обмотке генератора, по ней начинает протекать ток, и в обмотке возбуждения создается магнитный поток.

2. Магнитный поток обмотки возбуждения должен быть направлен согласно с потоком остаточного магнетизма, т.е. потоки должны складываться. Два потока, сложившись, приводят к увеличению напряжения на якоре генератора, которое прикладывается к обмотке возбуждения, вызывает увеличения магнитного потока и дальнейшее увеличение напряжения на генераторе.

Возбуждение генератора проходит по характеристике холостого хода.

Если магнитные потоки обмотки возбуждения и остаточного магнетизма будут направлены встречно, произойдет размагничивание машины и включение ее будет невозможно. Чтобы этого не произошло, на корпусе генератора параллельного возбуждения или смешанного возбуждения отливается стрелка, показывающая в какую сторону должен вращаться якорь, чтобы не произошло размагничивание.

Увеличение напряжения на генераторе с параллельным возбуждением будет происходить, пока характеристика цепи возбуждения R_вi_в не пересечется с характеристикой холостого хода. Эти характеристики должны пересекаться на нелинейной части характеристики холостого хода. Угол наклона α зависит от величины сопротивления цепи возбуждения. Если сопротивление R_в цепи возбуждения будет большим, точка пересечения характеристик перейдет в область насыщения, и генератор не будет регулироваться. Если сопротивление будет мало, то характеристика цепи возбуждения может стать касательной к характеристике холостого хода, тогда машина не будет возбуждаться.

5 От чего зависит скорость вращения двигателя постоянного тока и как ее можно регулировать?

АД

6 Устройство и принцип работы трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Асинхронный двигатель предназначен для преобразования электрической энергии 3-х фазного переменного тока в механическую энергию.

Статор представляет собой полый цилиндр, составленный из изолированных листов электротехнической стали в форме колец, со штампованными пазами с внутренней стороны, в которые укладывается 3-х фазная статорная обмотка, оси которых смещены относительно друг друга на 120°, 60°, 40° в зависимости от количества катушек.

Ротор представляет собой также цилиндр, составленный из листовой электротехнической стали в форме колец, с пазами на их внешней поверхности, в которые укладывается роторная обмотка. В зависимости от ее устройства различают:

1) короткозамкнутый ротор - обмотка короткозамкнутого ротора выполняется в виде беличьего колеса и состоит из уложенных в пазы неизолированных стержней, которые по обеим сторонам замыкаются на кольца;

2) фазный ротор.

В большинстве случаев используется двигатель с короткозамкнутым ротором, как более простой и компактный. Обмотки статора соединяются "звездой" или "треугольником" и включаются в сеть 3-х фазного тока. В результате в них потекут 3-х фазные токи, которые создадут вращающееся магнитное поле.

Магнитные линии вращающегося магнитного поля статора пересекают проводники ротора и индуцируют в них ЭДС, а так как обмотка ротора замкнута, то в ее проводниках возникают токи. Взаимодействие вращающегося магнитного потока с токами ротора создает электромагнитный вращающий момент М_ВР, вращающий ротор двигателя.

Под действием этого момента ротор начинает вращаться в том же направлении, что и поле Ф. Скорость вращения ротора n₂ всегда меньше скорости вращения поля n₁, так как только в этом случае возможно индуцирование тока в проводниках обмотки ротора и возникновение вращающегося момента.

Пуск двигателя в ход. При прямом включении обмоток статора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в сеть наблюдается большой скачок тока, в 6-8 раз превышающий его номинальный ток. Это вызывает заметную перегрузку в электрической сети, от которой осуществляется питание двигателя и других близлежащих потребителей.

Для ограничения пускового тока при пуске двигателя с короткозамкнутым ротором применяют 3 способа:

1 способ - переключение обмотки статора со схемы звезда на схему треугольник. Этот способ применим для двигателей, у которых обмотка статора при нормальной работе соединена треугольником. В момент пуска обмотка статора посредством переключающего устройства соединяется по схеме звезда, а после запуска - по схеме треугольник. При этом линейный пусковой ток двигателя уменьшается в 3 раза.

2 способ - пуск посредством автотрансформатора, позволяющий понижать подводимое к двигателю напряжение во время пуска, вследствие чего уменьшается пусковой ток.

3 способ - применение специальных электронных устройств - устройств плавного пуска и частотных преобразователей.

Недостаток первых двух методов - уменьшение пускового напряжения и, как следствие, пускового момента.

Реверсирование двигателя. Для изменения направления вращения двигателя необходимо изменить направление вращения магнитного поля статора. Это достигается переключением двух фаз (двух любых подводящих электрическую энергию проводов на зажимах двигателя).

7 Что такое скольжение асинхронного двигателя?

Скольжение асинхронного двигателя — относительная разность скоростей вращения ротора и магнитного потока, создаваемого обмотками статора двигателя переменного тока. Скольжение может измеряться в относительных единицах и в процентах.

,

где   - скорость вращения ротора асинхронного двигателя

 - скорость вращения магнитного потока, называется синхронной скоростью двигателя.

,

где f - частота сети переменного тока

p - число пар полюсов обмотки статора (число пар катушек на фазу).

Скорость вращения двигателя n практически определяется значением его синхронной скорости, а последняя при стандартной частоте 50 Гц зависит от числа пар полюсов: при одной паре полюсов - 3000 об/мин, при двух парах - 1500 об/мин, при трёх парах - 1000 об/мин и т. д.