Электрические машины конспект лекций

неизменным: n1 n2 const. В связи с этим скоростные характеристики двигателя с параллельным возбуждением представляют собой семейство параллельных прямых 1, 2 è 3 (ðèñ. 25.12, à). Механические характеристики n f M получа-

ются из скоростных изменением масштаба оси абсцисс, так как момент пропорционален току якоря.

Скоростные и механические характеристики двигателя с последовательным возбуждением строятся аналогично (рис. 25.12, á).

Регулирование частоты вращения двигателя путем изменения напряжения на зажимах якоря обычно ведут «вниз», т. е. уменьшают напряжение и частоту вращения по сравнению с номинальными.

ВОПРОСЫ

25.4.1.1.Почему реостатные характеристики двигателя параллельного возбуждения сходятся в одной точке n0?

25.4.1.2.Укажите правильное соотношение вращающих моментов двигателя последовательного возбуждения при работе его

âточках 1, 2 è 3 характеристик, показанных

íà ðèñ. 25.8, á. Точка 1 относится к естественной характеристике.

ВОПРОСЫ

25.4.2.1. Укажите правильное соотношение вращающих моментов двигателя параллельного возбуждения при работе его в точках 1, 2 è 3 характеристик, показанных на рис. 25.8, à.

291

а) уменьшится; б) не изменится; в) увеличится.

25.4.3. Регулирование изменением напряжения

Регулирование скорости двигателя постоянного тока изменением напряжения осуществляется путем питания двигателя от отдельного генератора тока, как показано на схеме (рис. 25.14): ОВГ — обмотка возбуждения генератора, ОВД — обмотка возбуждения двигателя. Такая схема регулирования скорости называется схемой генератор–двигатель или, сокращенно, схемой Г–Д. Генератор приводится в движение первичным двигателем (ПД), которым обычно служит двигатель переменного тока (асинхронный или синхронный). Так как и генератор, и двигатель имеют независимое возбуждение, то для питания обмоток возбуждения на одном валу с генератором и первичным двигателем устанавливается небольшой генератор параллельного возбуждения В (возбудитель).

Рис. 25.14. Схема генератор–двигатель: г — генератор независимого возбуждения; Д —двигатель независимого возбуждения; ПД — первичный двигатель; B — возбудитель, П — переключатель направления тока возбуждения генератора; p1, p2 — регулировочный реостат в цепи возбуждения генератора и двигателя соответственно; р3 — реостат для

регулирования напряжения возбудителя

292

Регулирование скорости вниз от основной, определяемой номинальным напряжением на двигателе, производится изменением тока возбуждения генератора с помощью реостата р1. Регулирование скорости вверх от оснований может быть выполнено за счет ослабления магнитного потока двигателя реостатом р2. Скоростные характеристики двигателя, работающего в системе Г–Д, показаны на рис. 25.12. При регулировании скорости напряжением (вниз) они параллельны друг другу.

Система Г–Д позволяет просто и удобно осуществлять не только регулирование скорости, но и другие операции управления двигателем. В частности, пуск двигателя производится без пускового реостата постепенным подъемом напряжения на генераторе с нуля до номинального значения. Возбуждение двигателя при пуске должно быть наибольшим.

Реверсирование двигателя выполняется изменением полярности щеток генератора за счет изменения направления тока возбуждения с помощью переключателя П (см. рис. 25.14).

Торможение двигателя в системе Г–Д осуществляется переводом двигателя в генераторный режим. Для этого уменьшают возбуждение генератора, напряжение на котором при этом становится меньше, чем напряжение на двигателе. Ток в якорной цепи генератора и двигателя меняет свое направление на обратное, двигатель начинает работать генератором, генератор — двигателем. Первичный двигатель, вращаемый генератором, работающим в двигательном режиме, также переходит в генераторный режим, рекуперируя энергию торможения в сеть (за вы- четом потерь во всех трех машинах).

Основной недостаток системы Г–Д — ее высокая стоимость вследствие наличия трех главных машин (вместо одной) и одной вспомогательной. Однако удобство управления агрегатом и высокие регулировочные свойства обеспечивают повышение производительности приводимой рабочей машины, окупающее дополнительные расходы на электрооборудование. Поэтому привод по системе Г–Д используется достаточно широко в промышленности и на транспорте, а также в устройствах, где требуется регулирование частоты вращения в широких пределах.

Применяются и другие схемы регулирования скорости, основанные на том же принципе, что и схема Г–Д. Регулирование

293

частоты вращения изменением напряжения в цепи якоря обеспе-

чивает плавное регулирование в широком диапазоне nìàêñ 25.

nìèí

В настоящее время для двигателей малой и средней мощности источником регулируемого напряжения служит управляемый полупроводниковый выпрямитель на тиристорах.

Недостатками этого метода являются большие масса, габариты и стоимость преобразовательной установки; сравнительно низкий КПД (порядка 0,6–0,7), так как производится трехкратное преобразование энергии.

ВОПРОСЫ

25.4.3.1.Что произойдет, если в системе Г–Д одновременно уменьшить на 20 % возбуждение и генератора, и двигателя?

25.4.3.2.В каком положении должны находиться движки реостатов р1 è ð2 при пуске двигателя (см. рис. 25.14)?

à) ð1 — в верхнем, р2 — в нижнем; б) р1 è ð2 — в верхнем; в) р1 — в нижнем, р2 — в верхнем.

25.5.Потери и КПД машин постоянного тока

Потери мощности в машинах постоянного тока включают

âñåáÿ:

1.Потери в стали якоря (на вихревые токи и гистерезис).

2.Потери в меди якорной обмотки (в том числе и потери в переходном контакте щетка—коллектор).

3.Потери в обмотке возбуждения.

4.Механические потери (на трение и вентиляцию машины).

5.Добавочные потери.

Коэффициент полезного действия машины постоянного тока подчиняется тем же закономерностям, что и КПД других типов электрических машин.

Номинальный КПД зависит прежде всего от номинальной мощности машины и лежит в пределах от 0,96 (для мощных машин) до 0,7–0,75 (для машин малой мощности). Для машин очень малой мощности (микромашин) он доходит до 0,3–0,4.

294

Рабочий КПД, как и для любой электрической машины, зависит от нагрузки. Кривая f P2 по своим очертаниям впол-

не подобна аналогичным кривым для других типов электриче- ских машин, рассмотренных ранее.

Ответы на вопросы для самопроверки к лекциям 20–25

Ответы по пункту «а»

20.3.1.Ответ неверен.

20.3.2.Ответ правилен.

20.4.1.y1 4, y2 3, y 1, yê 1.

20.4.2.y1 4, y2 4, y 8, yê 8.

20.4.3.Ответ неверен.

20.5.1.Ответ неправилен.

20.5.2.Ответ неверен.

21.1.1.Ответ неверен.

21.1.2.Ответ правилен.

22.1.1.Ответ неверен.

23.2.1.Ответ неправилен.

23.2.2.Ответ правилен.

23.2.3.Ответ неверен. Не учтено, что ЭДС холостого хода

больше, чем ЭДС при нагрузке. 23.3.1.2. Ответ неверен. 23.3.2.1. Ответ правилен.

24.1.1.Ответ неверен.

24.1.2.Ответ правилен.

24.2.1.Ответ неверен.

24.2.2.Ответ верен.

24.3.1.Ответ неверен.

24.3.3.Ответ неправилен.

24.4.1.Ответ неверен.

24.4.2.Ответ правилен.

24.5.1.Ответ правилен.

24.5.2.Ответ неверен.

25.1.2.Ответ неправилен.

295

25.3.1.1. Ответ неправилен.

25.3.2.1.Ответ неверен. Убедитесь в этом с помощью правила левой руки.

25.3.2.2.Ответ правилен.

25.3.3.2. Ответ правилен. 25.4.1.2. Ответ неправилен.

25.4.2.1.Ответ верен.

25.4.2.2.Ответ неверен.

25.4.3.2.Ответ неверен.

Ответы по пункту «б»

20.3.1.Ответ неверен.

20.3.2.Ответ неверен.

20.4.3.Ответ правилен.

20.5.1.Ответ верен.

20.5.2.Ответ неверен.

21.1.1.Ответ неверен.

21.1.2.Ответ неправилен.

22.1.1.Ответ неверен.

23.2.1.Ответ неправилен,

23.2.2.Ответ неверен.

23.2.3.Ответ правилен.

23.3.1.2.Ответ неправилен.

23.3.2.1.Ответ неверен.

24.1.1.Ответ неправилен.

24.1.2.Ответ неверен.

24.2.1.Ответ правилен.

24.2.2.Ответ неправилен.

24.3.1.Ответ верен.

24.3.3.Ответ правилен.

24.4.1.Ответ неверен.

24.4.2.Ответ неправилен.

24.5.1.Ответ неправилен.

24.5.2.Ответ неверен.

25.1.2.Ответ правилен.

25.3.1.1.Ответ неправилен.

25.3.2.1.Ответ верен.

25.3.2.2.Ответ неверен.

296

25.3.3.2. Ответ неправилен. 25.4.1.2. Ответ правилен.

25.4.2.1.Ответ неправилен.

25.4.2.2.Ответ неверен.

25.4.3.2.Ответ неправилен.

Ответы по пункту «в»

20.3.1. Ответ правилен. 20.4.3. Ответ неправилен. 20.5.2. Ответ верен. 21.1.1. Ответ правилен. 22.1.1. Ответ правилен. 23.2.1. Ответ верен. 23.2.3. Ответ неверен. 23.3.1.2. Ответ правилен.

23.3.2.1. Ответ неправилен.

24.1.1.Ответ верен.

24.1.2.Ответ неверен.

24.2.1.Ответ неверен.

24.2.2.Ответ неправилен.

24.3.3.Ответ неверен.

24.4.1.Ответ правилен.

24.5.1.Ответ неверен.

24.5.2.Ответ правилен.

25.1.2.Ответ неверен.

25.3.3.1.1.Ответ верен.

25.4.1.2.Ответ неправилен.

25.4.2.1.Ответ неверен.

25.4.2.2.Ответ правилен.

25.4.3.2.Ответ правилен.

Пояснения к вопросам для самопроверки к лекциям 20–25

Вопрос 20.2.1. Якорь при своем вращении поочередно проходит под полюсами разной полярности, и в его сердечнике индуктируются вихревые токи. В станине машины магнитный поток в установившихся режимах постоянный.

297

Вопрос 20.2.2. Создание воздушного потока, необходимого для охлаждения машины.

Вопрос 20.4.3. Через щетку проходит ток двух параллельных ветвей.

Вопрос 20.5.2. При петлевой обмотке в этом случае a 2, и ЭДС будет в два раза меньше.

Вопрос 21.1.1. Поток Ф при нагрузке машины меньше потока Ф0 при холостом ходе и ЭДС E меньше ЭДС E0.

Вопрос 21.1.2. Из рис. 22.3 по направлению тока в якорных проводниках видно, что генератор вращается по часовой стрелке и физическая нейтраль смещается по направлению вращения.

Вопрос 21.1.3. При сдвиге щеток с геометрической нейтрали поле реакции якоря будет направлено под углом к основному полю. Появится продольная составляющая реакции якоря, ослабляющая основное поле генератора при сдвиге щеток по направлению вращения и усиливающая его при сдвиге щеток против вращения.

Вопрос 22.1.1. При увеличении скорости якоря уменьшается период коммутации Têîì и увеличивается скорость изменения тока в секции и ЭДС er.

Вопрос 22.1.2. Коммутация резко ухудшится, так как коммутирующее поле (поле главных полюсов) в этом случае будет индуктировать в секции ЭДС eêîì, направленную согласно с реактивной ЭДС er.

Вопрос 22.1.3. В случае насыщенных сердечников добавоч- ных полюсов магнитная индукция коммутирующего поля и, соответственно, ЭДС eêîì не будут пропорциональными току якоря, и компенсация реактивной ЭДС er коммутирующей eêîì будет нарушена.

Вопрос 23.2.1. ЭДС прямо пропорциональна числу оборотов генератора, и n2 n1 .

Вопрос 23.2.2. Увеличение тока возбуждения увеличит ЭДС, а значит, и напряжение генератора при холостом ходе.

Вопрос 23.3.1.1. Поменять концы обмотки возбуждения, присоединяемые к якорю. Можно также изменить направление вращения якоря, если это возможно и допустимо.

Вопрос 23.3.1.2. Если построить характеристику холостого хода для скорости 0,5n1 и вольтамперную характеристику цепи

298

возбуждения (путем соединения начала координат и точки À прямой линией), то будет видно, что машина не возбудится, так как для данной скорости сопротивление цепи возбуждения будет больше критического.

Вопрос 23.3.2.1. Поскольку скорость вращения якоря во всех случаях одинакова, то более высокое напряжение при том же токе якоря может быть получено за счет большего тока возбуждения, т. е. меньшего сопротивления цепи возбуждения.

Вопрос 23.4.1. Увеличить число витков последовательной обмотки.

Вопрос 23.4.2. Последовательная обмотка была включена навстречу параллельной.

Вопрос 24.1.1. Увеличение тока возбуждения даст увеличе- ние магнитного потока, что при постоянном моменте двигателя приведет к уменьшению тока якоря.

Вопрос 24.1.2.

C e 2 0,1045.

C M 60

Вопрос 24.2.1. Сопоставляя уравнения напряжений генератора (23.1) и двигателя (24.4), видим, что при одинаковых напряжениях и токах

E ar E ag 2ra I a .

Вопрос 24.2.2. С уменьшением скорости уменьшается ЭДС, и согласно (24.5) ток увеличивается.

Вопрос 24.2.3. Из (21.2) и (24.3) имеем следующее соотношение:

C M 60 9,55,

Вопрос 24.3.1. Для увеличения скорости n0 достаточно уменьшить магнитный поток, введя реостат в цепь возбуждения.

Вопрос 24.3.2. Ввести добавочное сопротивление в цепь якоря двигателя.

299

Вопрос 24.3.3. В двигателе параллельного возбуждения ток якоря и момент пропорциональны, и при двукратном увеличе- нии момента в 2 раза увеличится ток якоря и в 4 раза возрастут потери.

Вопрос 24.4.1. Ток в последовательной обмотке во много раз больше тока в параллельной обмотке. Следовательно, число витков последовательной обмотки будет значительно меньше, чем у параллельной.

Вопрос 24.4.2. Если ток якоря больше номинального, то будет больше и магнитный поток. Следовательно, момент будет больше номинального. Если ток будет меньше номинального, то меньше будет и поток, и момент.

Вопрос 24.4.3. По номинальным данным двигателя определяем

Из кривой рис. 24.6 находим, что при токе 25,2 0,7 îò íî36

минального относительный поток равен 0,85. Тогда при

íîì

I a 25,2 À.

C e 0,85C e íîì 0,85 0,222 0,189

è

n 220 0,87 25,2 1050 îá/ìèí. 0,189

Вопрос 24.5.1. При встречном включении последовательной обмотки магнитный поток в двигателе будет меньше, а скорость его — больше.

Вопрос 24.5.2. Чем больше число витков последовательной обмотки, тем больше при том же токе якоря магнитный поток и меньше скорость двигателя.

Вопрос 25.1.1. Ток возбуждения двигателя

I â 220 1,23À.

178

300