pdf.php@id=6159.pdf

Реостат Р служит для пуска АД до достижения некоторой скорости п < пх, после чего с помощью переключателя П вторичная цепь АД переключается на КМ, цепь возбуждения которой отрегулирована на максимальное напряжение возбуж­ дения. При этом добавочная э. д. с. Еж, развиваемая КМ, также максимальна и направлена навстречу э. д. с. скольжения зЕ2 вторичной обмоткн АД. Скорость вращения л асинхронного двигателя в этом случае минимальна, и мощ­ ность скольжения Р3 = зР>ыэтого двигателя передается через КМ и ВМ в сеть, причем КМ работает двигателем. Если теперь с помощью АТ уменьшить напря­ жение возбуждения КМ, то Ежбудет уменьшаться, а л расти.

Преобразователь частоты ПЧ служит для перевода агрегата через синхронную скорость л!, так как при я = л, вторичная э. д. с. асинхронного двигателя Д25 = = 0, вследствие чего при отсутствии ПЧ коллекторная машина КМ лишается воз­ буждения и поэтому не может развивать э. д. с. Еж, необходимую для перевода

производится только вниз_ от синхронной скорости, то преобразователь частоты ПЧ становится излишним.* Если соединить коллекторную машину КМ с валом асинхронного двигателя АД, то получится электромеханический каскад и вспо­ могательная машина ВМ станет излишней.

Каскады с. к. м. п. т. имеют наибольшее распространение в некоторых евро­ пейских странах. В связи с развитием ионных я полупроводниковых преобразо­

Ранее применялись также коллекторные каскады для компенсации коэффи­ циента мощности крупных асинхронных двигателей. Для этой цели к контактным кольцам асинхронного двигателя можно присоединить преобразователь частоты или компенсированную коллекторную машину, рассмотренные выше, и отрегули­ ровать соответствующим образом фазу добавочной э. д. с. Еж.Можно также исполь­ зовать некоторые другие виды коллекторных машин. К Настоящему времени такие каскады полностью потеряли свое значение, так как более выгодными являются сиихронные двигатели и асинхронные двигатели совместно с конденсаторными батареями.

Глава сорок третья

ОДНОФАЗНЫЕ КОЛЛЕКТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

§43-1. Однофазные двигатели с последовательным возбуждением

Принцип действия и свойства двигателя.

Однофазные двигатели с последовательным возбуждением имеют такое же устройство я схему соединения обмоток (рис. 43-1), как и двигатели с после­ довательным возбуждением постоянного тока, однако во избежание больших потерь на вихревые токи сердечник статора однофазного двигателя с последо­ вательным возбуждением собирается из листов электротехнической стали, изо­ лированных друг от друга.

В рассматриваемом двигателе поток полюсов Ф и ток якоря 1 являются пере­ менными, совпадают по фазе (рис. 43-2) и меняют свой знак одновременно. Поэтому знак вращающего момента М не меняется и момент действует в неизменном направ­ лении, во пульсирует с двойной частотой тока. Так как ротордви­ гателя обладает значительной механической инерцией, то ско­ рость его вращения практически

О

постоянна и можно сказать, что двигатель реагирует только на среднюю величину вращающего момента Мср.

Ввиду потерь в стали и наличия короткозамкнутых (коммутируемых) витков обмотки якоря поток Ф и ток (двигателя с последовательным возбуждением в дей­ ствительности сдвинуты по фазе на весьма небольшой угол а в на протяжении этого угла момент М имеет другой Знак. Это приводит к небольшому уменьшению Л4ср, что не имеет существенного значения. В случае параллельного включения якоря и обмотки возбуждения их токи в общем случае будут сдвинуты на значи­ тельный угол а, что вызовет значительное уменьшение Мс„. Поэтому однофазные двигатели с параллельным возбуждением почти не нашли практического приме­ нения.

Обмотка якоря однофазного двигателя с последовательным возбуждением обладает определенным индуктивным сопротивлением х„, обусловленным потоком якоря и потоками рассеяния обмотки якоря. Обмотка возбуждения также обладает определенным индуктивным сопротивлением х^. Индуктивное сопротивление дви­ гателя х = ха + хв н активное сопротивление г = га + гв обусловливают падения напряжения /х/ и г/.

н так как индуктивное сопротивление обмотки добавочных полюсов значительно больше ее активного сопротивления, то / и сдвинуты по фазе почти на 90°

и ток добавочных полюсов /д отстает от тока двигателя I. Ток /д в свою очередь можно разложить на две составляющие /„ и /тр (рис 43-5), причем /р совпадает по фазе с током /, а 7™ отстает от него на 90°. Потоки добавочных полюсов, созда­ ваемые токами /р и /тр, будут индуктировать в коммутируемых секциях э. д. с., направленные соответственно против э. д. с. ер и е,.р. Поэтому при надлежащем выборе числа витков обмотки добавочных полюсов н величины сопротивления Р можно достичь полной компенсации э. д с. ер и етр и хороших условий коммутапии при определенной скорости вращения л. Но поскольку э. д. с. е,.р пропорциональна

/, а э. д. с., индуктируемая током /тр в коммутируемой секции, пропорциональна п, то при других значениях л компенсация етр нарушается и условия коммутации ухудшаются.

Принимаются также другие меры для улучшения коммутации однофазных двигателей с последовательным возбуждением, но в целом качество коммутации этих двигателей значительно хуже, чем у машин постоянного тока.

Применение однофазных двигателей с последовательным возбуждением. Маломощные однофазные двигатели с последовательным возбуждением (Р„ ^ < 0,5 кет) находят широкое применение в промышленных и бытовых устройст­ вах, когда требуются большие скорости вращения (л = 3000 -ь 30000 об/мин) или регулирование скорости вращения (шлифовальные станки, ручной металло­ обрабатывающий инструмент, телеграфные аппараты, пылесосы, полотеры, швей­ ные машины и др.). При необходимости регулирование скорости Этих двигателей производится так же, как и у двигателей С последовательным возбуждением постоянного тока (регулирование величины питающего напряжения, например, с помощью автотрансформатора, шунтирование обмотки возбуждения или якоря). Вид магнитной системы таких двигателей показан на рис. 43-6, а. Эти двигатели обычно пускаются в ход путем непосредственного включения на полное'Напря­ жение сети.

Маломощные двигатели с последовательным возбуждением часто изготов­ ляются для питания как от сети переменного, гак и от сети постоянного тока, и в этом случае их называют универсальными двигателями с последовательным возбуждением. При питании постоянным током индуктивное падение напряжения в двигателе отсутствует, н поэтому при одинаковых питающих напряжениях

0

Рис. 43-6. Магнитные системы маломощных (а) и мощных (б) двигателей с после­ довательным возбуждением

1 — дополнительный полюс; ! — главный полюс; 3 — павы компенсационной обмотки; 4 — вентиляционные каналы

и нагрузках на валу скорость вращения при постоянном токе будет значительно больше, чем при переменном. Поэтому для получения приблизительно одинаковых механических характеристик при питании от сети постоянного и переменного тока обмотка возбуждения универсального двигателя изготовляется с отводами и при переменном ходе часть обмотки возбуждения отключается (рис. 43-7). На рис. 43-7

трансформаторной э. д. с. и улучшения условий коммутации тяговых двигате­ лей такие железные дороги, как правило, электрифицированы иа переменном токе пониженной частоты (/ = 16 гц, иногда / = 25 гц).

Трудные условия коммутации двигателей с последовательным возбуждением переменного тока обусловили во многих странах, в частности в СССР, широкое развитие электрификации железных дорог иа постоянном токе с напряжением в контактной сети 1500—3000 в. Однако при относительно малом напряжении

контактной сети получается большое сечение проводников контактных сетей н ма­ лое расстояние между питающими подстанциями, что вызывает значительное удо­ рожание электрификации железных дорог. Поэтому в последние годы на вновь электрифицируемых железных дорогах контактная сеть обычно питается перемен­ ным током нормальной промышленной частоты высокого напряжения (25—30 кв), а на электровозах устанавливаются трансформаторы, ртутные или полупроводни­ ковые выпрямители н тяговыедвигатели постоянного тока Эти двигатели питаются в действительности пульсирующим током, так как при выпрямлении однофазного тока постоянный ток содержит значительную переменную составляющую двойной частоты. Эта составляющая тока также затрудняет коммутацию тяговых двигас телей, однако Применение различных мер (шунтирование обмотки возбуждения активным сопротивлением или емкостью, шихтованные сердечники добавочных полюсов, полностью или частично шихтованное ярмо статора) позволяет получить вполне удовлетворительную коммутацию (шунтирование обмотки возбуждения разгружает обмотку от переменной составляющей трка и сводит величину транс­ форматорной э. д. с. практически до нуля) [31].

§ 43-2. Репульсионные двигатели

Репульсионными называются однофазные коллекторные двигатели, в которых обмотка ротора (якоря) не имеет электрической связи со статором и витающей сетью. Щетки этих двигателей замкнуты накорбтко, н передача электрической энергии ротору происходиттолько трансформаторным путем через магнитное поле. Регулирование скорости вращения этих двигателей осуществляется путем пово­

Передача электрической энергии ротору производится через обмотку А-Очевидно, что обмотки В я К (рис. 43-8, а) можно объединить в одну общую обмотку (рис. 43-8, б) и тем самым упростить устройство статора. Образование вращающе­ го момента, действующего на ротор двигателя, можно истолковать как результат отталкивания полюсов поля якоря Ф, от Полюсов поля статора Фс. Эго и дало основание называть эти двигателя репульсионными.

На рис. 43-9 изображены схемы репульсионного двигателя с одной обмоткой на статоре и одним комплектом щеток (двигатель Томсона) при разных поло­ жениях щеток. На рис. 43-9, а угол а между осью обмотки статора и осью щеток якоря равен нулю. В этом положении при п = 0 в якоре индуктируется макси­

мальный ток /а, но момент М = 0. Эго положение щеток называется п о л о ­

IX.ш О

Ъ+о

м-д V»

Рис. 43-9. Репульсионный двигатель с одним комплектом щеток в раз­ личных положениях

в обмотке якоря при л = О ие индуктируется, и это положение щеток называется п о л о ж е н и е м х о л о с т о г о х о д а .

9 9

репульсионные двигатели по своим рабочим свойствам аналогичны двигателям с последовательным возбуждением постоянного и переменного тока.

Имеются также репульсионные двигатели с двойным комплектом щеток (двигательДери, рис.43-11). Удвигателя, изображенного на рис. 43-11,в, взаимное

расположение щеток неизменно и все щетки поворачиваются одновременно, а у двигателя, показанного на рис. 43-11,6, щетки А1 — А 2 неподвижны, а щетки В1 — В2 являются поворотными. В обоих случаях часть обмотки якоря не обте­

кается током, что улучшает форму кривой н. с. обмотки якоря и условия комму­ тации. В случае на рнс. 43-11, о, кроме того, при повороте щеток В1— В2 на угол 2а ось магнитного поля якоря поворачивается только на угол а , что позволяет

произвести более тонкое регулирование скорости вращения.

Так как у репульсионных двигателей положение щеток не фиксировано, то применение добавочных полюсов невозможно. Статоры этих двигателей выпол­ няются с неявновыраженными полюсами Улучшение условий коммутации воз­ можно в ооновном только с помощью щеток с повышенным переходным сопротив­ лением и путем уменьшения числа витков секций обмотки якоря.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Костенко М. П., Пиотровский <П. М. Электрические машины. Ч. 1. Машины постоянного тока. Трансформаторы. Л ., «Энергия», 1972. 543 с. с ил. Ч. 2. Машины переменного тока. Л ., «Энергия», 1973. 648 с. с ил.

2.Петров Г. Н. Электрические машины. Ч. 1. Введение. Трансформаторы.

М.— Л ., Госэнергоиздат, 1956. 224 с. с нл. Ч. 2. Асинхронные и синхронные ма­ шины. М. — Л ., Госэнергоиздат, 1963. 416 с. с ил. Ч. 3. Коллекторные машины постоянного и переменного тока. М., «Энергия», 1968. 224 с. с ил.

3.Рихтер Р. Электрические машины. Т. 1. Расчетные элементы общего зна­ чения. Машины постоянного тока. М. —Л ., ОНТИ, 1935.596 с. с ил. Т. 2. Синхрон­

ные машины и одноякорные преобразователи. М. — Л ., ОНТИ, 1936. 688 с. с ил. Т. 3. Трансформаторы. М. — Л ., ОНТИ, 1935. 292 с. с нл. Т. 5. Коллектор­ ные машины однофазного и многофазного переменного тока. Регулировочные агрегаты. М. — Лл, Госэнергоиздат, 1961. 632 с. с ил.

4.Справочная книга для электротехников (СЭТ). Под ред. М. А. Шателена,

В.Ф. Миткевича и В. А. Толвинского. Т. 5. Электрические машины (общая часть).

Машины постоянного тока. Синхронные машины. Трансформаторы. Л ., КУБУЧ, 1934. 800 с. с ил. Т. 6. Индукционные машины. Коллекторные машины перемен­ ного тока. Вращающиеся преобразователи. Специальные типы машин и трансфор­ маторов. Л., КУБУЧ, 1934. 632 с. с ил.

5. Костенко М. П. Электрические машины, специальная часть. М. — Л., Госэнергоиздат, 1949. 712 с. с ил.

6 . Важное А. И. Электрические машины. Л ., «Энергия», 1969, 768 с. с ил.

7.Хрущев В. В. Электрические микромашнны Л ., «Энергия», 1969.278 с. с ил.

8. Чечет Ю. С. Электрические микромашнны автоматических устройств.

М.— Л ., «Энергия», 1964. 424 с. с ил.

9.Бертинов А. Н. Электрические машииы авиационной автоматики. М.,

Оборонгнз, 1961. 450 с. с ил.

10.Ермолин Н. П. Электрические машины малой мощности М., «Высшая школа», 1967. 503 с. с нл.

Б.Ф. Фролов, В. В. Хрущев.

12.Обмотки электрических машин. Л ., «Энергия», 1970. 472 с. с ил. Авт.:

В.И. Зимин, М. Я. Каплан, А. М. Палей, И. Н. Рабинович, В. П. Федоров, П. А. Хаккен.

13.Кучера Я-, Гапл И. Обмотки электрических вращательных машин. Прага, Изд-во Академии наук ЧССР, 1963. 983 с. с ил.

14.Гемке Р. Г. Неисправности электрических машин. М. — Л., Госэнерго­ издат. 1969. 272 с. с ил.

15.Геллер Б., Веверка А. Волновые процессы в электрических машинах. М. — Л. Госэнергоиздат, 1960. 632 с. с ил.

16.Каганов 3. Г. Волновые напряжения в электрических машинах. М., «Энергия», 1970. 208 с. с ил.

17.Готтер Г. Нагревание н охлаждение электрических машин. М. — Л., Госэнергоиздат, 1961. 480 с. с ил.

18.Филиппов И. Ф. Вопросы охлаждения электрических машин. М. — Л., Госэнергоиздат, 1964. 334 с. с ил.

19.Алексеев А. Е. Конструкция электрических машин. М. — Л., Госэнерго­ издат, 1958. 428 с. с ил.

20.Виноградов Н. В. Производство электрических машин. М., «Энергия», 1970. 288 с. с ил.

21.Постников И. М. Проектирование электрических машин. Киев, Гостехиздат УССР, 1960. 910 с. с ил.

22.Виноградов Н. В., Горяйнов Ф. А., Сергеев П. С. Проекгирование элек­ трических машин. М., «Энергиях, 1969. 632 с. с ил.

23.Ш уйепй В. П. Расчет электрических машин. Л ., «Энергия», 1968. 732 с.

снл.

24.Вишневский С. Н. Характеристики двигателей в электроприводе. М., «Энергия», 1967. 472 с. с ил.

25.Пиотровский Л. М., Паль Е. А. Испытание электрических машин. Ч. 1. Общая часть и испытание машин постоянного тока. М. — Л ., Госэнергоиздат, 1949. 380 с. с ил. Пиотровский Л. М., Васютинский С. Б., Несговорова Е. Д. Испытание электрических машин. Ч. 2. Трансформаторы и асинхронные машины.

М.— Л ., Госэнергоиздат, 1960. 292 с. с ил.

26.Борисов А. П., Несговорова Е. Д., Пухов А. А. Электрические микрома-

шины. Учебное пособие к лабораторным работам. ЛПИ нм. М. И. Калинина, 1968. 132 с. с ил.

27.Лабораторные работы по электрическим микромашинам. МЭИ, 1962. 276 с. с ил. Авт:. Н. В. Астахов, Б. Л. Крайз, Е. М. Лопухина, Г. С. Сомихина,

М.Ф. Юферов.

28.Жерве Г. К. Промышленные испытания электрических машин. Л., «Энергия», 1968. 574 с. с ил.

29.Нюрнберг В. Испытание электрических машин. М. — Л ., Госэнергоиздат, 1959. 336 с. с ил.

30.Толвинский В. А. Электрические машины постоянного тока. М. — Л., Госэнергоиздат, 1956. 468 с. с ил.

31.Скобелев В. Е. Двигатели пульсирующего тока. Л ., «Энергия», 1968.

232 с. с нл.

32.Иоффе А. Б. Тяговые электрические машины. М. — Л ., «Энергия», 1965. 248 с. с ил.

33Алексеев А. Е. Тяговые электрические машины и преобразователи. Л., «Энергия», 1967. 432 с. с ил.

34Горяйнов Ф. А. Электромашииные усилителя. М. — Л ., Госэнергоиздат. 1962. 288 с. с нл.

35.Вегиер О. Г. Теория и практика коммутации машин постоянного тока.

М.— Л,. Госэнергоиздат, 1961. 272 с. с ил.

36. Ермолин Н. П. Переходные процессы в машинах постоянного тока.

М. — Л., Госэнергоиздат, 1951. 191 с. с ил.

37.Овчинников И. И., Лебедев Н. И. Бесконтактные двигатели постоянного тока автоматических устройств. М. — Л ., «Наука», 1966. 187 с. с ид.

38.Оптимальная коммутация машин постоянного тока. Под ред. М. Ф. Кара­ сева. М., «Транспорт», 1967. 180 с. с ил.

39.Иванов-Смоленский А. В. Электромагнитные поля и процессы в электри­ ческих машинах и их физическое моделирование. М., «Энергия», 1969, 304 с. с ил..

40.Гурин Я- С., Курочкин М. Н. Проектирование машин постоянного тока. М. — Л ., Госэнергоиздат, 1961, 352 с. с ил.

41.Рабинович И. Н., Шубов И. Г. Проектирование машин Постоянного тока. Л ., «Энергия», 1967. 504 с. с ил.

42.Яитовский Е. И., Толмач И. М. Магнитогидродинамические генераторы. М., «Наука», 1972. 424 с. с ил.

43.Брускин Д. Э., Зорохович А. Е., Хвостов В. С. Электрические машины и микромашины. М„ «Высшая школа», 1971. 432 с. с ил.

44.Бярзвалк Ю. А. Основы теории и расчета кондукционных МГД-насосов постоянного тока. Рига, «Зинатне», 1968. 136 с. с ил.

45.Бамдас А. М., Шапиро С. А. Трансформаторы, регулируемые подмагиичвванием. М., «Энергия», 1965. 159 с. с ил.

46.Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов. М., «Энергия», 1968.432 с. с ши

47.Сапожников А. В. Конструирование трансформаторов. М. — Л ., Госэнер­ гоиздат, 1959. 360 с. с яд.