Отечественной промышленностью производятся МПТ (преимущественно двигатели) широкого диапазона мощностей различных конструктивных исполнений, предназначенные для применения во всех отраслях народного хозяйства. Изготовление машин ведётся, как правило, сериями, при этом наряду с сериями машин общего назначения выпускаются серии машин специального назначения (для металлургической, горнодобывающей промышленности, для транспорта и т.п.). Наиболее широкое применение в настоящее время получили
МПТ общего назначен я серий 2П, 4П и 5П. В основу эт их серий по- |
|
ложено разделен е машин по высотам оси вращения, как это сделано |
|
в серии трёхфазных ас нхронных двигателей 4А. |
|
С |
11 габаритов машин по высотам оси |
Ед ная сер я 2П |
|
вращен я 90, 100, 112, 132, 160, 180, 200, 225, 250, 280 и 315 мм при
частоте вращен я от 750 до 4000 /мин. Диапазон мощностей маши-
об ния цепи якоря (110,А220, 340 и 440 В). Возбуждение генераторов
ны сер 2П составляет: для двигателей – от 0,17 до 200 кВт, для ге-
нераторов – от 0,37 до 180 кВт. |
|
имеет |
|
Дв гатели сер |
2П изготовляются с независимым возбуждени- |
ем при напряжен |
воз уждения 110 и 220 В независимо от напряже- |
смешанное, параллельное или независимое. При независимом возбу-
ждении напряжение на о мотку возбуждения подается 110 или 220 В, независимо от напряжения цепи якоря (115, 230 и 460 В).
Электрические МПТ серииД4П с высотой оси вращения 200 – 450 мм предназначены для комплектации электроприводов постоянного тока общепромышленного назначения (бумагоделательных, кра- сильно-отделочных и подъемно-транспортных машин, полимерного оборудования, а также буровых станков и вспомогательных агрегатов экскаваторов). Диапазон мощностей машиныИсерии 4П составляет: для двигателей – от 6 до 315 кВт, для генераторов – от 21 до 170 кВт.
Двигатели серии 4П изготовляются с независимым возбуждением при напряжении возбуждения 110 и 220 В независимо от напряжения цепи якоря (110, 220, 340 и 440 В). Генераторы постоянного тока (ГПТ) серии 4П изготовляются с независимым возбуждением на номинальные напряжения обмотки возбуждения 115, 230 и 460В.
Маломощные двигатели серии 5П с высотой оси вращения 100 – 160 мм предназначены для работы в регулируемых электроприводах, питаемых от полупроводниковых преобразователей, в том числе в приводах, оснащённых системами автоматического управления, контроля и диагностики с применением микропроцессорной техники.
220
9.2. Принцип действия коллектора
Характерным признаком коллекторных машин является наличие у них коллектора – механического инвертора – преобразователя постоянного тока в переменный или, иначе, преобразователя частоты, на входе которого ток и напряжение имеют нулевую частоту, а на выходе
– частоту вращения. Необходимость в таком преобразователе объясняется тем, что в обмотке якоря коллекторной машины должен протекать переменный ток, так как только в этом случае в машине происходит непрерывный процесс электромеханического преобразования энергии.
Простейшей коллекторной МПТ является помещённая в непод- |
||
С |
|
|
однородное магнитное поле токопроводящая рамка, концы |
||
которой пр соед нены к полукольцам со скользящими по ним щёт- |
||
ками. Полукольца вместе с рамкой вращаются на общем валу. |
|
|
Если щётки подключить к источнику постоянного тока, соблю- |
||
дая указанную на р |
с. 9.1 полярность, то по рамке будет протекать |
|
вижное |
|
|
ток I. В соответств |
с законом мпера на активные стороны рамки |
|
аб и вг в направлен , перпендикулярном линиям магнитной индук- |
||
ции, будут действовать силы [7, 12] |
|
|
б |
(9.1) |
|
|
Fаб = Fвг = BlI sin α, |
|
|
А |
|
где B – индукция магнитного поля; l – длина активной стороны рам- |
||
ки; α – угол между осью полюсов магнитного поля и нормалью к |
||
плоскости рамки. |
Д |
|
|
|
|
|
И |
|
Рис. 9.1. Простейшая модель коллекторного двигателя постоянного тока
221
Эти силы, действуя на плечо, равное половине диаметра рамки D, создадут вращающий электромагнитный момент, под действием которого рамка придёт в движение.
M |
|
= 2F |
D |
= BlIDsin α = M |
|
sin α, |
(9.2) |
|
Д |
аб 2 |
|
max |
|
|
|
где Mmax – амплитуда вращающего электромагнитного момента.
После поворота в горизонтальное положение верхняя щётка пе- |
||||
рейдёт на полукольцо, соединённое со стороной вг, а нижняя – на по- |
||||
лукольцо, соед нённое со стороной аб. В результате направление то- |
||||
магнитныйM |
= M sin α |
(9.3) |
||
ка в акт вных сторонах рамки изменится на противоположное, но под |
||||
Скаждым полюсом магнитного поля направление протекания тока в |
||||
рамке сохран тся. Поэтому сохранится и направление действия силы, |
||||
а также вращающего момента. Следовательно, вращающий электро- |
||||
момент удет пульсирующим: |
|
|||
Д |
|
|
|
|
max |
|
|
|
|
со средн м значен ем |
|
|
|
|
M Дср = 0,638Mmax . |
(9.4) |
|||
Такимобразом, устройство на рис. 9.1 является простейшим |
||||
ДПТ, а разрезанное кольцо – простейшим коллектором. В рассмот- |
||||
ренном процессе коллектор о еспечивает неизменное направление |
||||
протекания тока под полюсами магнитного поля. При этом ток в рам- |
||||
ке каждую половинуАоборота изменяет направление на противопо- |
||||
ложное, т.е. из постоянного тока, протекающего через щётки, он ста- |
||||
новится переменным с частотой, равной частоте вращения рамки n. |
||||
Рассмотренная упрощённая модель ПТ не обеспечивает двига- |
||||
телю устойчивой работы, так как при прохождении плоскостью рамки |
||||
|
Д |
|
||
геометрической нейтрали полюсов магниного поля (α = 0) электро- |
||||
магнитные силы Fаб и Fвг равны нулю (магнитнаяИиндукция в середине межполюсного пространства равна нулю). Однако с увеличением числа рамок с пластинами коллектора при их равномерном распределении по окружности вала вращение двигателя становится устойчивым и равномерным за счёт снижения пульсации и увеличения среднего значения вращающего электромагнитного момента.
Теперь предположим, что щётки отключены от внешней электрической цепи, а рамка вращается с постоянной угловой скоростью 2πn под действием вращающего момента Mвр приводного двигателя против часовой стрелки, как показано на рис. 9.2.
222
С |
|
|
|
|
|
|
Рис |
|
|||||
|
аб 2 |
|
||||
|
. 9.2. Простейшая модель коллекторного генератора постоянного тока |
|||||
|
В каждой акт вной стороне рамки будет наводиться переменная |
|||||
ЭДС |
|
А |
|
|||
|
e |
= e |
= Blvsin α = Bl |
2πnD |
sin(2πnt), |
(9.5) |
|
|
|||||
|
|
вг |
|
|
|
|
где v – скорость движения активной стороны рамки в магнитном поле. |
||||||
|
Так как активные стороны соединены последовательно, то пол- |
|||||
ная ЭДС рамки равна |
Д |
|
||||
|
|
|
|
|||
|
e = 2eаб = 2BlπnDsin(2πnt)= Emax sin(2πnt). |
(9.6) |
||||
Следовательно, на полукольцах коллектора наводится переменная синусоидальная ЭДС с угловой частотой вращения рамки 2πn. Верхняя щётка независимо от положения рамкиИвсегда подключена к полукольцу, соединённому с активной стороной, находящейся под северным полюсом магнитного поля, а нижняя щётка – со стороной, расположенной под южным полюсом. Поэтому на верхней щётке электрический потенциал будет всегда положительным, а на нижней
– отрицательным. Объясняется это тем, что в момент, когда ЭДС в витке меняет своё направление, происходит смена коллекторных пластин под щётками.
Таким образом, в данном случае устройство на рис. 9.2 будет простейшим генератором постоянного тока (ГПТ), а коллектор и щётки – механическим двухполупериодным выпрямителем, преобразующим переменную ЭДС в пульсирующую со средним значением
223