книги из ГПНТБ / Семенов Б.З. Учебник механика военно-воздушных сил электросиловые устройства средств связи и радиотехнического обеспечения полётов

Внутри корпуса между статорными пакетами находится тороидальная обмотка возбуждения.

Статорные пакеты помещены в корпусе симметрично: зубец одного пакета против зубца другого пакета. Ра­ бочая (силовая) обмотка укладывается в пазах статора.

Ротор также имеет .зубчатую форму, причем число зубцов ротора вдвое меньше числа зубцов статора.

Ротор состоит из двух пакетов 4 и 4' и насаживает­ ся на втулку 3, впрессованную на вал 5. Роторные па­ кеты помещены со сдвигом: зубец одного пакета против впадины второго пакета.

Магнитный поток, создаваемый обмоткой возбужде­ ния, замыкается по корпусу 2 и втулке 3 через зубцовые зоны пакетов статора и ротора. В корпусе и втулке по­ ток проходит вдоль оси генератора. Общая величина потока при вращении ротора не меняется, так как со­ противление зубцовой зоны благодаря сдвигу пакетов ротора остается неизменным при любом положении ро­ тора. Вследствие этого электродвижущая сила в обмот­ ке возбуждения не наводится.

При вращении ротора под зубцы статора подходят то зубцы, то пазы ротора, в результате через зубцы стато­ ра, на которых размещены рабочие обмотки, замыкается пульсирующий магнитный поток. Этот магнитный поток индуктирует в рабочей обмотке электродвижущую силу с частотой, равной

rnZ р

(7)

60 ’

где п — число оборотов ротора в минуту; Zp—число зубцов ротора.

Благодаря неизменному направлению потока в по­ стоянно-полюсной машине ротор не перемагничивается. Поэтому он может выполняться сплошным и допускать большие скорости вращения.

Второй вид индукторных генераторов получил назва­ ние разноименнополюсного генератора. Принцип дейст­ вия одной из конструкций синхронного генератора та­ кого типа может быть рассмотрен по рис. III.14.

Статор генератора собран из листов электротехниче­ ской стали. На внутренней поверхности статора выштампованы пазы таким образом, что пазы нормальной шири­

103

ны чередуются с пазами, равными по ширине зубцу и пазу, вместе взятыми (на рис. III.14 через три нормаль­ ных паза —один широкий).

На каждом зубце статора располагаются катушки рабочей обмотки, соединенные последовательно. В ши­ роких пазах размещается обмотка возбуждения. Индук­ ционные линии магнитного поля изображены на рисунке пунктиром.

Рабочая обмотка

Рис. 111.14. К принципу действия разноименно-полюсного генератора

Ротор генератора не имеет никаких обмоток и вы­ полняется наборным из листовой стали. Отсутствие об­ моток на роторе дает возможность применять высокие скорости вращения. На поверхности ротора выштампованы зубцы и пазы одинакового размера с нормальными зубцами и пазами статора. Зубцы ротора скошены на один зубцовый шаг, так что при любом положении ро­ тора магнитное сопротивление воздушного зазора в пре­ делах зубцового деления не меняется.

При вращении ротора под каждый зубец статора с рабочей обмоткой будет подходить то зубец, то паз ро­ тора, в результате чего будет периодически изменяться магнитный поток, сцепленный с рабочей обмоткой.

Когда против зубца статора находится зубец ротора, магнитное сопротивление мало и магнитный поток, сцепленный с обмоткой на зубце статора, имеет боль­ шую величину. Когда же против зубца статора находит­ ся паз ротора, магнитное сопротивление велико и маг­ нитный поток, сцепленный с обмоткой, имеет малую ве­ личину. В результате магнитный поток пульсирует при

104

вращении ротора от Фмакс до Фмип и индуктирует в ра­ бочей обмотке э. д. с. с частотой

где Zp —число зубцов ротора;

п — число оборотов в минуту.

Благодаря тому, что статор имеет широкие пазы, каждая индукционная линия обмотки возбуждения про­ ходит один раз по участку с большим магнитным сопро­ тивлением и один раз — с малым. Поэтому общее маг­ нитное сопротивление на пути прохождения каждой индукционной линии при любом положении ротора оди­ наково и, следовательно, величина магнитного потока по отношению к обмотке возбуждения не пульсирует — э. д. с. в обмотке возбуждения не наводится.

§ 3. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Генератор постоянного тока — электрическая маши­ на, преобразующая механическую энергию, получаемую от двигателя, в электрическую. Работа генератора осно­ вана на принципе электромагнитной индукции.

Генератор постоянного тока (рис. III.15) состоит из следующих основных частей:

—неподвижной станины (корпуса) с магнитной си­ стемой возбуждения;

—якоря с обмоткой и коллектором;

—подшипниковых щитов;

—щеток и щеткодержателей.

Кроме основных частей генераторы имеют еще ряд конструктивных деталей.

Неподвижная станина (корпус) генератора служит основой для сборки отдельных частей генератора и од­ новременно является элементом магнитной системы.

Станина генератора изготовляется из мягкой стали, обладающей большой магнитной проницаемостью.

Внутри станина расточена и имеет укрепленные на ней главные и дополнительные полюсы, на которые на­ деты обмотки возбуждения. Число главных полюсов во всех генераторах четное.

105

106

магой. Пластины собираются в общий пакет, который монтируется на валу якоря.

Обмотка якоря состоит из секций, уложенных и за­ крепленных в пазах якоря. Концы секций припаиваются к пластинам коллектора.

Чтобы при работе генератора секции обмотки не могли выбрасываться центробежной силой, пазы после укладки секций закрываются клиньями и на якорь на­ кладывается несколько поперечных бандажей из сталь­ ной проволоки.

Коллектор — устройство, с помощью которого пере­ менная э. д. с., индуктируемая в рабочей обмотке якоря, преобразуется в постоянную по направлению э. д. с., яв­ ляющуюся источником постоянного тока.

Коллектор укреплен на валу якоря и состоит из от­ дельных медных пластин, собранных на специальной втулке. Каждая пластина изолирована относительно другой слюдой или миканитом.

По поверхности коллектора скользят щетки, укреп­ ленные в щеткодержателях. Щетки предназначены для отвода тока во внешнюю цепь. Щетки изготовляются из прессованного угля, из угля, смешанного с медными опилками, или графита.

Щеткодержатели имеют пружину, которой можно регулировать давление на щетку. Щеткодержатели укрепляются на траверзе, которая может поворачивать­ ся на своей оси на некоторый угол. Этим достигается изменение положения щеток на коллекторе.

К станине генератора крепятся подшипниковые щи­ ты, которые служат опорами вала якоря.

Магнитная цепь генератора постоянного тока

Процесс создания сильного магнитного потока с по­ мощью электромагнитов называется возбуждением гене­ ратора. Для этого по обмоткам возбуждения пропус­ кается постоянный ток от какого-либо источника тока.

Магнитной цепью называют путь, по которому замы­ кается магнитный поток, созданный полюсами генера­ тора. Магнитный поток в генераторе замыкается через якорь и станину.

При режиме холостого хода генератора, когда ток в обмотке якоря равен нулю, магнитное поле полюсов однородно (рис. III.16,а). При нагруженном генераторе

107

Рис. 111.16. Реакция якоря:

а — магнитный поток генератора; б — магнитный поток якоря; в — результирующий поток

по обмотке якоря течет ток, который создает свой маг­ нитный поток . (рис. III.16,б). В результате магнитное

Оно вредно, так как приводит к уменьшению основного магнитного потока, к смещению нейтрали по ходу вра­ щения и к сильному искрению между щетками и кол­ лектором.

Реакция якоря уменьшается путем смещения щеток на некоторый угол по ходу вращения якоря генерато­ ра. Однако такое смещение нецелесообразно, так как при изменении нагрузки генератора пришлось бы все время менять положение щеток.

Более надежный способ уменьшения реакции яко­ ря — применение дополнительных полюсов, расположен­ ных строго посередине между основными полюсами. Магнитное поле, созданное дополнительными полюсами, должно быть направлено навстречу потоку якоря для компенсации его. Вместе с тем оно должно менять свою величину в соответствии с изменением нагрузки гене­ ратора, так как при изменении нагрузки изменяется и величина магнитного потока якоря. Выполнение этих условий достигается включением обмоток дополнитель­ ных полюсов последовательно с обмоткой якоря и выбо­ ром соответствующего числа витков в их обмотках.

Возбуждение генераторов постоянного тока

Под способом возбуждения понимают способ созда­ ния в генераторе основного магнитного потока. По спо­ собу возбуждения генераторы постоянного тока делятся на возбуждаемые с помощью постоянных магнитов и возбуждаемые с помощью электромагнитов.

Возбуждение от постоянных магнитов встречается только в маломощных специальных генераторах. Основ­ ным способом возбуждения войсковых генераторов яв­ ляется возбуждение от электромагнитов.

Генераторы, возбуждаемые от электромагнитов, под­ разделяются на две группы:

—генераторы с независимым возбуждением;

—самовозбуждающиеся генераторы.

Если основной магнитный поток создается за счет питания обмоток возбуждения посторонним источником,

109

то такой генератор имеет независимое возбуждение. Нап­ ряжение на зажимах генератора регулируется измене­ нием величины тока возбуждения с помощью регулиро­ вочного реостата.

Применение отдельного источника тока для возбуж­ дения неудобно, поэтому генераторы с независимым воз­ буждением применяются сравнительно редко. Наиболь­ шее распространение получили генераторы с самовоз­ буждением.

Процесс самовозбуждения основан на использовании остаточного магнетизма, имеющегося в стальных частях магнитной цепи генератора и создающего небольшой магнитный поток между полюсами.

При запуске генератора в рабочей обмотке якоря возникает небольшая э. д. с. Если обмотку якоря соеди­ нить с обмоткой возбуждения, то по ней пойдет ток воз­ буждения, который создает свой магнитный поток в полюсах. При совпадении направления потоков возбуж­ дения и остаточного магнетизма общий магнитный поток полюсов возрастет и вызовет увеличение индуктирован­ ной э. д. с. Увеличение э. д. с. вызывает возрастание тока возбуждения и дальнейший рост общего магнитного по­ тока. Это приведет к дальнейшему увеличению э. д. с. и т. д.

За счет насыщения стали магнитной цепи машины самовозбуждение происходит до определенного напря­ жения, зависящего от скорости вращения якоря машины и сопротивления в цепи обмотки возбуждения.

По способу включения обмоток возбуждения гене­ раторы делятся на генераторы с параллельным (шунто-

две параллельные цепи: цепь возбуждения и внешняя цепь. Обмотка возбуждения генератора выполняется из тонкой медной проволоки с большим количеством вит­ ков и имеет сопротивление значительно большее, чем сопротивление номинальной нагрузки. Это позволяет получить ток возбуждения намного меньше тока внеш-

110

ней цепи, иначе полезная мощность генератора будет слишком мала.

Генератор с параллельным возбуждением возбуж­ дается как при разомкнутой, так и при замкнутой внеш­ ней цепи, поскольку обмотка возбужде­ ния включена параллельно обмотке якоря.

При холостом ходе генератора, т. е. при разомкнутой внешней цепи, напря­ жение на его зажимах близко к э. д. с, так как падение напряжения на обмотке якоря невелико. При включении нагруз­ ки и с ее увеличением напряжение на зажимах генератора падает, потому что увеличивается падение напряжения на обмотке якоря и увеличивается реакция якоря.

Напряжение в генераторе регули­ руется реостатом, включенным последо­ вательно с обмоткой возбуждения. Изме­ нением сопротивления реостата дости­ гается необходимая величина тока воз­ буждения, т. е. магнитного потока полюсов.

Генератор с последовательным возбуждением

В генераторе с последовательным возбуждением (рис. III.18) обмотка возбуждения включается последо­ вательно с обмоткой якоря. Обмотка воз­ буждения выполняется из толстой про­ волоки с малым количеством витков, так как через нее проходит ток рабочей об­

мотки.

В режиме холостого хода такой гене­ ратор возбуждаться не может, посколь­ ку при разомкнутой внешней цепи ток возбуждения равен нулю. Для возбуж­ дения генератора необходимо замкнуть его внешнюю цепь на небольшую на­ грузку.

Генераторы с последовательным воз­ буждением в войсковых средствах связи обычно не применяются.

ш

Генераторы со смешанным возбуждением

Эти генераторы имеют параллельную и последова­ тельную обмотки возбуждения (рис. III.19). Для само­ возбуждения генератора необходимо, чтобы обе обмотки создавали магнитные поля, взаимно усиливающие друг друга. Это достигается согласованным включением об­

моток. Обе обмотки располагаются на одних и тех же полюсах генератора.

§ 4. РЕГУЛЯТОРЫ И СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Необходимость регулирования напряжения источни­ ка питания обусловлена следующими причинами.

Современные средства связи и РТО требуют от источ­ ников питания поддержания напряжения с большой степенью точности. Так, при повышении анодного напря­ жения электронных ламп на 5—10% выше номиналь­ ного вдвое сокращается срок их службы. Кратковремен­ ное увеличение напряжения накала более 20% может вызвать перегорание нитей накала. Кратковременное снижение напряжения свыше 20% может привести к остановке асинхронных двигателей.

В процессе работы электроагрегата могут происхо­ дить частые включения, отключения и изменения мощ­

112