Книги / элмех2000

32 Электрические машины постоянного тока Ч. I

уменьшается. Из-за непостоянства напряжения генераторы последовательного возбуждения применяются лишь в немногих специальных случаях.

Генератор с. мешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения: параллельную ПАР и последовательную ПОС

(рис. I-8.12). У такого генератора напряжение остается практически постоянным при изменениях нагрузки в определенных пределах. Это достигается путем использования последовательного возбуждения для компенсации потери напряжения в якоре и в обмотке возбуждения, а также для компенсации размагничивающего действия якоря. Благодаря наличию обмотки последовательного возбуждения главный магнитный поток генератора и вместе с ним э.д.с. ЕЯ возрастают с увеличением нагрузки. Соот-

ветствующим подбором числа витков обмотки последовательного возбуждения можно достичь равенства напряжений генератора при холостом ходе и при номинальной нагрузке (кривая а на рис. I-8.13). В тех специальных случаях, когда повышение напряжения генератора должно компенсировать возрастание потери напряжения в линии, генератор может быть снабжен усиленной последовательной обмоткой возбуждения (кривая b).

Генератор смешанного возбуждения удобен в установках относительно небольшой мощности, чтобы предупредить возникновение значительных изменений напряжений при отключениях отдельных потребителей. Но использование таких генераторов для параллельной работы обычно неудобно: случайное понижение частоты вращения первичного двигателя генератора может сделать э.д.с. генератора меньше напряжения сети, из-за этого ток в якоре генератора и в его последовательной обмотке возбуждения изменит свое направление, что может вызвать перемагничивание генератора и тяжелую аварию установки.

9. Двигатели постоянного тока

Как и генераторы, двигатели постоянного тока имеют независимое, параллельное, последовательное и смешанное возбуждения. Для рассмотрения физических процессов в двигателе примем схему параллельного возбуждения (рис I-9.1)

При подаче напряжения на клемы машины появляется две цепи с токами - якорная и цепь возбуждения. Ток в цепи возбуждения создает поток Ф который пронизывает якорную обмотку.

Этот ток IB ограничен большим числом витков и высоким сопро-

тивлением обмотки. Ток якорной цепи определяется по формуле

3.4

появлении момента вращения

MBP CeIaФB

может произойти разрушение коллектора. Допускается "пусковой

Введем в якорную цепь пусковой реостат rП (рис. I-9.1).

Для получения скоростной и механической характеристик следует воспользоваться уравнениями 3.1, 3.2 и 3.4 Подставив значение Э.Д.С. в уравнение напряжения якорной цепи, получим уравнение скоростной характеристики:

из уравнения 3.2, получим уравнение механической характеристики:

Поскольку Ia ~MBP , видно из уравнения

MBP CMIaФВ

где СМ и ФВ величины постоянные, для анализа работы машины

можно пользоваться только скоростной характеристикой. Анализ равнения скоростной характеристики показывает что:

a)При ФВ 0 , n , т. е. при обрыве цепи возбуждения в двигателях параллельного возбуждения при незначительной нагрузке на валу, скорость вращения якоря неограниченно возрастает за счет остаточного магнитного потока ФОСТ и

может привести к разрушению машины.

a)Двигатели последовательного возбуждения по той же причине запрещено соединять с рабочим механизмом при помощи ременных и цепных передач, т.к. при их обрыве наступает явление "разноса" машины.

Механическая характеристика двигателя параллельного

возбуждения (рис. I-9.2) при постоянном напряжении и, следовательно, постоянном потоке возбуждения в рабочей части имеет вид прямой, т.к. в уравнении (9.2) переменной величиной является

только ток Ia

или M. При изменении сопротивления якоря (введение пус-

кового реостата) можно получить семейство характеристик с большим наклоном. При увеличении нагрузки на валу, увеличивается ток якоря, уменьшается поток

соответственно, от момента на валу. Кривая 2 получается при введении реостата в цепь якоря.

При смешанном возбуждении, когда имеются две обмотки, включенные согласно, уравнение принимает вид:

раллельна оси абсцисс.

Рисунок I-9.4

10.Исполнительные двигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока широко используются как исполнительные двигатели в системах автоматического регулирования, в счетно-решающих устройствах, в следящем приводе.

Исполнительные двигатели (ИД) предназначены для точной отработки команд - сигналов, подаваемых в форме напряжения управления различной величины и соответствующей полярности. Мощность ИД обычно не превышает 0,6 КВт. Двигатели постоянного тока наиболее полно отвечают одному из главных требований, предъявляемых к ИД - способности плавно и глубоко регулировать скорость вращения.

Для восприятия сигнала управления цепь якоря и цепь возбуждения у ИД независимы, причем одна из цепей включена постоянно, а на вторую подается напряжение управления.

При обычной схеме управления двигателем сигнал подается на обмотку якоря; обмотка возбуждения включена на постоянное напряжение (иногда поток возбуждения создается постоянными магнитами). Такое управление называется якорным. Механические характеристики двигателя при якорном управлении соответствуют кривым рис. I-9.2. Потребляемая обмоткой возбуждения мощность очень невелика. Однако мощность сигнала должна быть значительной: практически она равна мощности ИД. Такой сигнал может быть получен только от мощного усилителя.

инерционности ИД является применение относительно недавно разработанных микродвигателей с печатной обмоткой на дисковом якоре (рис. I-10.2). Якорь представляет собой тонкий немагнитный диск 1 (из текстолита или керамики) с печатной однослойной волновой обмоткой. Плоские (из фольги) проводники обмотки расположены радиально по обеим сторонам диска и соединены между собой через отверстия в нем. Серебряно-

графитовые щетки 2 скользят по поверхности проводникв на. одной стороне диска, подводя к якорю ток напряжением до 30 В.

Магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами 3, пронизывает диск в осевом направлении, замыкаясь по кольцам 4 и 5 из мягкой стали. Корпус микродвигателя (крышки) немагнитный. Электромеханическая постоянная времени дискового якоря весьма мала - около 0,01 сек.

II. Общие вопросы теории машин переменного тока

1.Конструкция обмоток статора

1.1Назначение и классификация обмоток статора

Обмотка статора машин переменного тока имеет много об-

щего с обмоткой якоря машин постоянного тока. Но между ними есть и существенная разница - обмотки переменного тока не замкнуты.

Элементом обмотки статора является секция, которая может быть одно- и многовитковой. Секция состоит из активных сторон и лобовых частей. Расстояние между активными сторонами секций называется шагом обмотки у.

Шаг называют диаметральным или полным, если он ра-

вен полюсному делению (y Z2p- целое число), и укорочен-

ным, если он меньше полюсного деления (у < ). Применяемые в настоящее время обмотки статора классифицируют:

1)по числу фаз - однофазные и многофазные (главным образом трехфазные);

2)по способу укладки секций в пазы - однослойные, когда сторона секции занимает весь паз, и двухслойные, когда в одном пазу лежат две стороны различных секций (по аналогии с обмоткой якоря машины постоянного тока);

3)в зависимости от ширины секций - обмотки с полным и обмотки с укороченным шагом;

4)по числу пазов на полюс и фазу q - обмотки с целым q и обмотки с дробным q;

5)по способу выполнения секций - катушечные и стержневые обмотки.

Двухслойные обмотки статоров разделяют на петлевые и волновые. Преимущественное применение получили петлевые обмотки. Волновые обмотки статоров применяют редко, главным образом в гидрогенераторах большой мощности. Гораздо чаще волновые обмотки переменного тока применяют в роторах асинхронных двигателей с контактными кольцами. Исходя из этого, в настоящей главе рассмотрены лишь петлевые обмотки двухслойного статора.

К обмоткам статора машин переменного тока предъявляют ряд требований. Некоторые из них, общие для всех обмоток электрических машин, - технологичность, минимальный расход проводниковых и изоляционных материалов, эксплуатационная надежность. Наряду с этим имеются специальные требования:

1)фазные напряжения должны быть одинаковыми по величине и сдвинуты по фазе относительно друг друга на требуемый угол (для трехфазных обмоток - 120 эл. град);

2)активные и индуктивные сопротивления всех фазных обмоток должны быть одинаковыми (это требование не распространяется на двухфазные обмотки);

3)форма кривой линейной э.д.с. должна быть практически синусоидальной.

В соответствии с ГОСТ выводы обмоток трехфазных машин переменного тока обозначают следующим образом:

первая фаза начало С1 - конец С4 вторая фаза начало С2 - конец С5 третья фаза начало С3 - конец С6

1.2Трехфазная двухслойная обмотка статора

Простейшая трехфазная обмотка может быть выполнена

тремя секциями, оси которых сдвинуты по окружности статора на 1/3 двойного полюсного деления (120 эл. град). Каждая секция в этом случае представляет собой фазную обмотку, называемую сосредоточенной, так как все витки каждой фазы этой обмотки сосредоточены в двух пазах. Сосредоточенные обмотки не получили практического применения, так как они не удовлетворяют изложенным выше требованиям.

В машинах переменного тока применяют распределенные обмотки, в которых каждая фазная обмотка состоит из нескольких секций, занимающих q пазов в пределах каждого полюсного деления. Таким образом, для образования трехфазной обмотки зубцовый слой сердечника статора в пределах каждого полюсного деления необходимо разделить на три зоны по q пазов в каждой. Порядок чередования таких зон под каждым полюсом должен быть одинаковым. Секции, уложенные в пазы одинаковых зон, образуют фазные обмотки.

Число пазов, приходящихся на полюс и фазу,

2p

где m - число фаз (для трехфазной обмотки m = 3).