- •ПРЕДИСЛОВИЕ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. АНАЛИЗ И РАСЧЁТ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
- •1.1. Электрическая цепь и её элементы
- •1.2. Основные электрические величины цепи постоянного тока
- •1.3. Резистивный элемент
- •1.4. Схемы замещения источников электрической энергии
- •1.5. Основные законы цепей постоянного тока
- •1.6. Потенциальная диаграмма электрической цепи
- •1.7. Эквивалентные преобразования в резистивных цепях
- •1.8. Методы расчёта цепей постоянного тока
- •1.8.2. Метод контурных токов
- •1.8.3. Метод узловых потенциалов
- •1.8.5. Метод эквивалентного генератора
- •1.9. Баланс мощностей
- •1.10. Расчёт нелинейных цепей постоянного тока
- •Контрольные вопросы и задания
- •2.1. Основные понятия переменного тока
- •2.2. Способы представления синусоидальных величин
- •2.3. Элементы электрической цепи синусоидального тока
- •2.3.1. Индуктивный элемент
- •2.3.2. Ёмкостный элемент
- •2.5. Законы Кирхгофа для цепей синусоидального тока
- •2.9. Мощности в цепях синусоидального тока
- •2.10. Учёт взаимно индуктивных связей при анализе электрических цепей
- •Контрольные вопросы и задания
- •3.1. Общие сведения
- •3.2. Схема соединения звездой в трёхфазных цепях
- •3.3. Схема соединения треугольником в трёхфазных цепях
- •3.5. Мощность в трёхфазных цепях
- •3.6. Измерение мощности трёхфазной цепи
- •Контрольные вопросы и задания
- •4.3. Расчёт цепей несинусоидального периодического тока
- •Контрольные вопросы и задания
- •5.1. Элементы магнитной цепи
- •5.2. Основные величины и законы магнитных цепей
- •5.3. Свойства и характеристики ферромагнитных материалов
- •5.4. Расчёт неразветвленной магнитной цепи
- •5.5. Электромеханическое действие магнитного поля
- •5.7. Мощность потерь в магнитопроводе
- •Контрольные вопросы и задания
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Устройство однофазного трансформатора
- •6.3. Принцип действия однофазного трансформатора
- •6.4. Схема замещения однофазного трансформатора
- •6.5. Работа трансформатора в режиме холостого хода
- •6.6. Работа трансформатора в режиме короткого замыкания
- •6.8. Мощности трансформатора
- •6.11. Автотрансформаторы
- •Контрольные вопросы и задания
- •7.1. Общие сведения
- •7.3. Режимы работы трёхфазных асинхронных машин
- •7.4. Принцип действия трёхфазных асинхронных двигателей
- •7.5. Мощность и КПД трёхфазных асинхронных двигателей
- •7.6. Механические характеристики асинхронных двигателей
- •7.7. Пуск трёхфазных асинхронных двигателей
- •7.9. Однофазные асинхронные двигатели
- •Контрольные вопросы и задания
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Устройство трёхфазных синхронных машин
- •8.3. Разновидности трёхфазных синхронных машин
- •8.5. Принцип действия трёхфазных синхронных машин
- •8.6. Работа синхронного генератора в режиме холостого хода
- •8.7. Работа синхронного генератора в режиме короткого замыкания
- •8.8. Работа синхронного генератора в режиме нагрузки
- •8.9. Мощность и КПД трёхфазных синхронных машин
- •8.10. Характеристики трёхфазных синхронных машин
- •8.11. Пуск трёхфазных синхронных двигателей
- •Контрольные вопросы и задания
- •9.1. Общие сведения
- •9.2. Принцип действия коллектора
- •9.3. Устройство машин постоянного тока
- •9.5. Реакция якоря
- •9.6. Мощность и КПД машин постоянного тока
- •9.8. Характеристики генераторов постоянного тока
- •9.9. Характеристики двигателей постоянного тока
- •9.11. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока
- •Контрольные вопросы и задания
- •10.ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
- •10.1. Общие сведения о полупроводниках
- •10.2. Полупроводниковые устройства
- •10.2.2. Биполярные транзисторы
- •10.2.3. Полевые транзисторы
- •10.2.4. Тиристоры
- •10.2.5. Классификация электронных устройств
- •Контрольные вопросы и задания
- •10.3. Источники вторичного электропитания
- •10.3.1. Полупроводниковые выпрямители
- •10.3.2. Управляемые выпрямители
- •10.3.3. Регуляторы переменного тока
- •10.3.4. Инверторы
- •Контрольные вопросы и задания
- •10.4. Усилители электрических сигналов
- •10.4.1. Классификация усилителей
- •10.4.3. Операционные усилители
- •Контрольные вопросы и задания
- •10.5. Генераторы синусоидальных колебаний
- •Контрольные вопросы и задания
- •10.6. Импульсные и цифровые электронные устройства
- •10.6.1. Работа операционного усилителя в импульсном режиме
- •10.6.2. Логические элементы
- •10.6.4. Импульсные устройства с устойчивым состоянием. Триггеры
- •Контрольные вопросы и задания
- •10.7. Программируемые устройства. Микропроцессоры
- •Контрольные вопросы и задания
- •11.1. Методы измерений
- •11.2. Средства измерений
- •11.3. Погрешности измерений
- •Контрольные вопросы и задания
- •ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- •Библиографический список
- •ОГЛАВЛЕНИЕ
Eср = 0,638Emax , |
(9.7) |
где Emax – амплитуда переменной ЭДС.
Если к щёткам подключить какую-либо внешнюю электрическую цепь, то под действием ЭДС в этой цепи будет протекать посто-
янный электрический ток. |
|||
ЭДС |
|
||
Очевидно, что если увеличить количество рамок, расположив их |
|||
равномерно в магнитном поле по окружности вала под углом 2π/n, и |
|||
соедин ть так, чтобы во всех рамках протекал одинаковый ток, то ве- |
|||
личина |
увел ч тся, а её пульсации уменьшатся. |
||
и |
|||
Так м образом, коллектор в МПТ выполняет роль выпрямителя |
|||
переменного тока в генераторах или автоматического переключателя |
|||
направлен я тока в дв гателях. |
|||
|
б |
||
|
9.3. Устройство машин постоянного тока |
||
МПТ (р с. 9.3) состоят из трех основных частей [7, 12]: |
|||
1) |
ндуктора; |
А |
|
2) якоря; |
|||
|
|||
3) щёточно-коллекторного узла (ЩКУ). |
|||
|
|
Д |
|
|
|
И |
Рис. 9.3. Внешний вид коллекторный машины постоянного тока:
1 – коллектор; 2 – щеткодержатель со щетками; 3 – обмотка якоря; 4 – полюсная катушка; 5 – сердечник якоря; 6 – сердечник полюсного наконечника; 7 – станина; 8 – вентилятор
224
Индуктор – это неподвижная часть, состоящая из станины 7 и |
||||
полюсных наконечников, представляющих собой катушки 4 с литыми |
||||
или шихтованными сердечниками 6 и предназначенных для создания |
||||
магнитного поля машины (см. рис. 9.3). От корпуса полюсного нако- |
||||
нечника катушка отделена изоляционным материалом. Катушки всех |
||||
полюсов соединяют в одну общую электрическую цепь, образующую |
||||
обмотку возбуждения машины. Полюсные наконечники соединены |
||||
так, чтобы главные магнитные полюсы N и S чередовались. |
||||
Плоскости, проходящие между смежными полюсными наконеч- |
||||
никами ( |
|
), называются геометрическими нейтралями, а |
||
часть окружности между геометрическими нейтралями – полюсным |
||||
С |
|
|
|
|
делен ем τ (р |
. 9.4). Полюсное деление в зависимости от решаемой |
|||
задачи может |
змеряться в угловых или линейных единицах, а также |
|||
числом пазов пакета статора или ротора. Название нейтраль связано с |
||||
тем, что магн тная |
ндукция главных полюсов на этой линии равна |
|||
нулю. |
|
|
|
|
полюсами |
|
|
||
Стан ну |
зготавл вают из стали – материала, обладающего дос- |
|||
таточной механ ческой прочностью и большой магнитной проницае- |
||||
мостью. В нижней части станины имеются лапы для крепления ма- |
||||
шины к фундаментнойбплите, а по окружности станины расположены |
||||
отверстия для крепления сердечников главных полюсов. |
||||
На осях геометрических нейтралей индуктора между главными |
||||
полюсами машины устанавливаются дополнительные полюсные на- |
||||
конечники, конструкция которых аналогична конструкции главных |
||||
|
|
А |
||
полюсов за исключением формы полюсных наконечников. Обмотки |
||||
дополнительных наконечников соединяют последовательно с обмот- |
||||
кой ротора машины для компенсации реакции якоря (см. подр. 9.5). |
||||
|
Начало катушки |
ДКонец катушки |
||
|
|
|
S |
|
Геометрические |
|
|
|
|
нейтрали |
|
N |
|
τ |
|
|
|
||
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
И |
|
|
|
S |
|
|
|
Рис. 9.4. Схема полюсов индуктора |
225
В современных МПТ часто используют пакеты магнитопровода статоров машин переменного тока, в пазы которых укладывают все обмотки: возбуждения, дополнительных полюсов, а также компенсационную обмотку. Это позволяет унифицировать технологию и технологическую оснастку производства машин постоянного и перемен-
Сного тока. В ряде случаев за счёт такого решения улучшаются и эксплуатационные характеристики МПТ.
В передней и задней крышках корпуса МПТ установлены шариковые ли рол ковые подшипники, в которых вращается ротор ма-
шины, называемый якорем.
(см. с. 9.3) соб рается из тонких листов электротехнической стали
потериЯкорь – это вращающаяся часть машины. Сердечник якоря 5
(до 0,5 мм толщ ной), меющих вид дисков с вырезами, образующи-
ми при сборке пазы. Пластины сердечника якоря изолируются друг от |
||
|
обмотки |
|
друга электротехн ческ м лаком. Такой способ изготовления снижает |
||
мощности на в хревые токи, возбуждающиеся в сердечнике |
||
при вращен |
в магн тном поле. |
|
Обмотку якоря выполняют медным проводом круглого или |
||
|
|
А |
прямоугольного сечения. Пазы сердечника якоря после заполнения их |
||
проводами |
|
ычно закрывают текстолитовыми клиньями. |
Концы катушек каждой секции обмотки после укладки в пазы припаивают к медным пластинам коллектора, которые расположены
|
Д |
диаметрально противоположно по окружности якоря. Совокупность |
|
пар таких пластин образует коллектор барабанного типа 1. Пакет яко- |
|
ря и коллектор напрессовывают на вал. Внешний вид якоря МПТ |
|
представлен на рис. 9.5. |
И |
|
Рис. 9.5. Внешний вид якоря
226
ЩКУ осуществляет скользящий электрический контакт обмотки якоря с внешней цепью. При вращении якоря по коллектору скользят две графитовые щётки (см. рис. 9.3), установленные в специальные
обоймы щёткодержателей 2, ось которых перпендикулярна оси главных полюсов индуктора. Обычно щётки устанавливаются на осях геометрических нейтралей индуктора. Щётки прижимаются к коллектору 1 спиральными или пластинчатыми пружинами. Щёткодержатели крепятся к траверсе, которую вместе со щётками можно поворачивать относительно ндуктора на некоторый угол в ту или иную сторону.
Сустанавл вают стему самообдува, состоящую из лопастного вентилятора 8 (см. р . 9.3), насаженного на вал якоря, и вентиляционной
Для более эффект вного охлаждения в МПТ большой мощности
решетки. Воздух поступает в машину обычно со стороны коллектора, омывает нагретые части (коллектор, обмотки и сердечники) и выбра-
сывается с прот воположной стороны через решётку. |
|
|||
Условные граф |
о означения всех разновидностей МПТ в |
|||
ческие |
|
|
|
|
электр ческ х схемах регламентирует ГОСТ 2.722–68 ЕСКД «Обо- |
||||
значен я условные графические в схемах. Машины электрические». |
||||
9.4. Электродвижущаябсила и вращающий момент якоря |
|
|||
При вращении якоря в магнитном поле главных полюсов машины |
||||
в проводниках его обмотки наводится Э |
С, величина которой [7, 11, 12] |
|||
|
АЕЯ = СеФn, |
(9.8) |
||
|
ДpN |
|
||
где Се – постоянный коэффициент по Э С, зависящий от |
||||
конструкции машины; Ф – магнитный поток машины, зависящий от |
||||
величины тока возбуждения IВ; n – частота вращения якоря в об/мин. |
||||
|
Ce = |
|
, |
(9.9) |
|
30 2a |
где р – число пар магнитных полюсов индуктораИ; N – число активных проводов обмотки якоря, т.е. число проводов обмотки, подключенных к пластинам коллектора при одном его положении; 2a – число параллельных ветвей обмотки якоря.
Когда МПТ работает в режиме генератора, её якорь вращается первичным двигателем, главное магнитное поле возбуждено, а цепь якоря соединена через щётки с приёмником. При таких условиях под действием ЭДС EЯ, наводимой в обмотке якоря основным магнитным потоком машины, в замкнутой цепи «якорь – приемник» возникает ток
227
IЯ (рис. 9.6, а), совпадающий с ней по направлению. При подключении к обмотке якоря нагрузки напряжение на выходе генератора всегда меньше ЭДС якоря EЯ на величину падения напряжения RЯIЯ на сопротивлении якорной цепи RЯ.
Уравнение электрического состояния цепи якоря МПТ в режиме
генератора имеет вид |
|
|
С |
UЯ = EЯ – RЯIЯ. |
(9.10) |
|
|
Вза модейств е тока якоря IЯ с магнитным полем машины при- |
|||||||||||||
водит к появлен ю электромагнитного момента MГ, который в режи- |
|||||||||||||
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
ме генератора будет тормозным. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
n |
IЯ |
|
|
|
|
|
|
|
n |
IЯ |
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
б |
ЕЯ |
|
RЯ |
|
|
|||||||
ЕЯ |
RЯ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
MГ |
|
|
|
|
|
|
|
|
MД |
|
|
|
Р с. 9.6. Схемы якоря в различных режимах работы: |
|
|
|||||||||||
а – генераторный режим; |
– двигательный режим |
|
|
||||||||||
|
А |
|
|
||||||||||
В двигательном режиме |
цепи якоря и возбуждения машины |
||||||||||||
присоединены к источнику электроэнергии. Взаимодействие тока |
|||||||||||||
якоря IЯ с главным магнитным полем создает вращающий электро- |
|||||||||||||
магнитный момент двигателя в Н·м [7, 11, 12]: |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
Д |
|
|||||||
|
|
|
МД = СмФIЯ, |
|
|
|
|
|
(9.11) |
||||
где См – постоянный коэффициент по моменту, зависящий от |
|||||||||||||
конструкции машины, |
|
|
|
pN |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Cм = |
. |
|
|
|
|
|
(9.12) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
2πa |
|
|
|
|
|
|
|
Таким образом, |
электромагнитный момент ПТ пропорциона- |
||||||||||||
лен величинам магнитного потока и тока якоря. |
|
|
|
Под действием вращающего момента Иякорь преодолевает момент нагрузки на валу, при этом ЭДС якоря EЯ противодействует току в цепи якоря и направлена ему навстречу (рис. 9.6, б). В режиме двигателя эта ЭДС направлена противоположно по отношению к прило-
женному напряжению (противоЭДС), причем UЯ > ЕЯ.
Уравнение электрического состояния цепи якоря МПТ в режиме
двигателя имеет вид |
|
UЯ = EЯ + RЯIЯ. |
(9.13) |
228 |
|