lekcii

змінюється із-за реакції якоря трохи. Тому з великим наближенням можна вважати відповідно до (5-49), що його момент, що обертає, пропорційний струму якоря :

Залежність n = f(I) при Iв = const і U = const називається швидкісною характеристикою Струм I = Ia + Iв мало відрізняється від струму Ia, оскільки Iв складає невелику долю від Iн.

Залежність n = f(M) при Iв = const і U = const називається механічною характеристикою Вона відрізняється від швидкісної практично тільки масштабом по осі абсцис. Суцільна крива на мал. є звичайною характеристикою. Вона показує, що швидкість обертання зі збільшенням навантаження на валу падає.

Звернемося до формули для швидкості n. З неї бачимо, що при збільшенні струму зменшується чисельник U — IаSr, при цьому також зменшуватиметься знаменник Ф внаслідок реакції якоря. Зазвичай чисельник зменшується більше, ніж знаменник. Тому швидкість обертання при збільшенні I (чи М) падатиме

Рис. Швидкісна n = f(I) або механічна n = f(М) характеристика двигуна з паралельним збудженням.

Якщо ж в двигуні створюється сильна реакція якоря, що призводить до великого зменшення потоку Ф, то швидкість обертання зі збільшенням навантаження не падатиме, а зростати, наприклад, згідно пунктирної кривої на мал. Двигун з такою характеристикою для роботи в звичайних умовах практики непридатний, оскільки він працюватиме нестійкий (рис, б).

Двигуни з паралельним збудженням є кращими з регульованих електродвигунів. Вони дозволяють плавно і економічно регулювати швидкість обертання.

Двигун з послідовним збудженням.

Схема двигуна з послідовним збудженням приведена на рис.Здесь струм збудження дорівнює струму якоря. Внаслідок цього при малих насиченнях, коли можна вважати, момент двигуна, що обертає, пропорційний квадрату струму

41

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

При великих значеннях струму, коли сталеві ділянки магнітного ланцюга насичуються, момент двигуна майже пропорційний струму.

Зі збільшенням навантаження при збільшенні, отже, струму зростає магнітний потік, що призводить згідно до зниження швидкості обертання. При холостому ході і при малих навантаженнях на валу струм двигуна має невелике значення. Невелике значення матиме і магнітний потік. Отже, швидкість обертання згідно (5-59) при цьому сильно зростає. Вона перевищуватиме допустиме значення відносно механічної міцності частин машини, що обертаються. Тому не можна допускати роботу двигуна з послідовним збудженням при холостому ході і при малих навантаженнях. Зазвичай для нормальних двигунів навантаження не має бути менше 25-30% номінальною. Лише малі двигуни (потужністю на десятки ватів) допускають роботу при холостому ході, оскільки їх власні втрати досить великі.

Мал. . Механічна характеристика двигуна з послідовним збудженням.

Завдяки своїм властивостям двигун особливо придатний для електричної тяги, для електроприводів до кранів і підйомників В цих випадках вимагається, щоб при великих навантаженнях швидкість різко зменшувалася, а момент (сила тяги), що обертає, значно збільшувався.

Двигун зі змішаним збудженням.

Схема двигуна зі змішаним збудженням представлена на мал. Зазвичай послідовна обмотка включається згідно з паралельною так, щоб її н.с. складалася з н.с. паралельної обмотки В цьому випадку швидкість обертання двигуна при збільшенні навантаження різкіше падатиме, ніж у двигуна з паралельним збудженням і менш різко, чим у двигуна з послідовним збудженням.

Двигуни з паралельним збудженням, що мають зростаючу швидкісну характеристику (пунктирна крива на мал.), не можуть працювати стійко, тому

42

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

вони забезпечуються послідовною обмоткою з невеликим числом витків, діючою згідно з паралельною обмоткою.

Число її витків розраховується так, щоб вийшла швидкісна характеристика, що падала, при якій робота двигуна стає стійкою. Така послідовна обмотка називається такою, що стабілізує.

Контрольні питання

1.Перерахуйте способи збудження двигунів постійного струму

2.Як здійснити реверс двигуна?

3.Поясніть швидкісну характеристику ДПТ з паралельним збуджен-

ням?

4. Поясніть моментну характеристику ДПТ з паралельним збуджен-

ням?

5. Поясніть швидкісну характеристику ДПТ з послідовним збуджен-

ням?

6. Поясніть моментну характеристику ДПТ з послідовним збуджен-

ням?

7.Поясніть швидкісну характеристику ДПТ зі змішаним збудженням?

8.Поясніть моментну характеристику ДПТ зі змішаним збудженням?

9.Чим відрізняються схеми підключення ГПТ від ДПТ?

10.Чому дорівнює струм в обмотці якоря ДПТ зі змішаним, паралельним і послідовним збудженням?

43

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

Лекція 8 Тема: 1.6 Пуск в хід двигуна постійного струму. Втрати і ККД

План

1.Пуск в хід двигунів постійного струму

2.Втрати і ККД двигунів постійного струму, енергетична діаграма

3.Робочі характеристики двигунів постійного струму

4.Регулювання частоти обертання двигунів постійного струму

Пуск в хід двигунів постійного струму.

При включенні двигуна в мережу в початковий момент часу частота обертання n=0, тому проти - ЭДС ЕА =0.

Так так опір обмоток в ланцюзі якоря зазвичай невеликий, то початковий пусковий струм In досягає великих значень в порівнянні з номінальним

струмом двигуна (Iп/I ном=3(15). Менша кратність пускового струму відноситься до двигунів малої потужності (до 600-1000 Вт), велика - двигунам середньої і великої потужності.

Кидок початкового пускового струму і двигуна малої потужності не викликає небезпечних наслідків, оскільки кратність струму порівняно невелика, тривалість процесу пуску невелика. Останній пояснюється малими значеннями моментів энерции мас якоря і пов'язаного з ним робітника механізму, що обертаються. Тому двигуни малої потужності пускають в хід безпосереднім включенням в мережу. У двигунів більшої потужності кратність пускового струму значно більше, час розгону якоря триваліше (із-за підвищеного значення моменту энерции мас якоря і робочого механізму, що обертаються). Велика кратність пускового струму викликає інтенсивне іскріння на колекторі. Значний пусковий струм може привести до різкого падіння напруги в живлячій мережі (якщо потужність мережі недостатня), що несприятливо відіб'ється на роботі інших споживачів, включених в цю мережу. Тому при пуску двигунів потужністю більше 1 кВт вживають заходи для обмеження пускового струму; звичайно це пускові реостати ПР, включені послідовно в ланцюг якоря двигуна. Реостат ПР є додатковим резистором. Найбільше застосування отримали трьохзатискні пускові реостати, які мають шість контактів. Мідна шина Ш сполучена із затиском М, до якого підключають обмотку збудження. Завдяки шині Ш напруга на обмотці збудження не залежить від положення важеля Р важіль пов'язаний з плюсовим виведенням джерела живлення, має ковзаючий контакт з шиною Ш, так що положення важеля на будь-якому з контактів від 1 до 5 не впливає на струм збудження.

Перед пуском двигуна важіль Р встановлює на контакті 0, включає руби-

44

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

льники і перекладають важіль на контакт 1. Ланцюг якоря через найбільший

опір пускового реостата r п.р =r1+r2+r3+r4 підключаються до джерела. Одночасно в обмотці збудження з'являється струм, і двигун під дією пускового моменту наводиться в обертання. Початковий пусковий струм, А,

Опір r п.р підбирають таким, щоб кратність початкового пускового струму не перевищувала 2-4. У міру розгону якоря збільшується проти - ЭДС Е а і зменшується струм в ланцюзі якоря. Для забезпечення ефективності пуску важіль Р поступово перекладають на контакти 2, 3,4 і, нарешті, 5, тобто. Зменшують опір ПР до rпр =0. Важіль Р слід переміщати повільно, щоб не викликати надмірного збільшення пускового струму. Проте і тривала затримка важеля на проміжних контактах може викликати перегорання якогоабо з опорів r1 - r4, розрахованих на короткочасне протікання струму. У двигунах незалежного збудження при включенні ПР використовують тільки дві клеми: Л і Я.

Оскільки момент двигуна М, що обертає, прямо пропорційний струму Ф, то для полегшення двигунів незалежного і паралельного збудження слід повністю вивести реостат (r per =0). потік в цьому випадку набуває найбільшого значення, і двигун розвиває необхідний пусковий момент.

Втрати і ККД двигунів постійного струму

Втрати в колекторних двигунах постійного струму розділяються на основні і додаткові. Основні втрати включають магнітні, електричні і механічні.

Магнітні втрати складаються з втрат на вихрові струми Рвх.т і на перемагнічування (явище гістерезису) Рг, що виникають в сердечнику якоря, що обертається в магнітному полі :

Рм= Рг + Рвх.т Магнітні втрати в якорі залежать від частоти його перемагнічування fa = pn|60

товщина листів електротехнічної сталі, з яких набраний пакет якоря, її магнітних властивостей і якості ізоляції між листами пакету якоря.

Втрати холостого ходу - це сума магнітних і механічних втрат : Ро= Рм + Рмех

Для двигуна незалежного (паралельного) збудження, працюючого в режимі холостого ходу, електрична потужність, споживана від мережі, Вт

Р10= Ро + UвIв

Звідки втрати холостого ходу Ро= Р10 - UвIв

Таким чином, втрати холостого ходу можна визначити експерименталь-

но.

45

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

Електричні втрати в обмотці якоря пропорційні квадрату струму якоря :

Рэа = I2aår

Електричні втрати в незалежній (паралельною) обмотці збудження Рэв = UвIв

Де Uв і Iв - напруга і струм в обмотці збудження. Електричні втрати в щітковому контакті

Рэщ = Iа U щ

Де Uщ - падіння напруги в щітках.

Механічні втрати Рмех є втратами на тертя в підшипниках, в щітковому контакті на колекторі, а також втрати на вентиляцію.

Додаткові втрати складають невелику величину, яка згідно ГОСТ 183-74 приймається рівною 1% від потужності Р1, що підводиться.

Сумарні втрати в двигуні постійного струму

å Р= Рм + Рэа + Рэщ + Рэв +Рмех + Рдоб Коефіцієнт корисної дії двигуна постійного струму визначається з

(3.24). Потужність, що підводиться до двигуна, Вт Р1= UаIа + UвIв

При номінальному навантаженні ККД двигунів потужністю від 100 до 1000 Вт η ном=0,5÷ 0,8, а при потужності 5,0- 50 Вт η ном = 0,15÷ 0,40. Графік залежності ККД двигуна від навантаження аналогічний графіку для асинхронного двигуна

Робочі характеристики є залежністю частоти обертання n, струму Ia в обмотці якоря, корисного моменту М2 від корисної потужності двигуна Р2 при незмінних значеннях напруги живлення U і струму в обмотці збудження Iв

Характеристика n=f(P2) має вигляд кривої, нахиленої до осі абсцис. Така форма характеристики пояснюється тим, що з ростом навантаження двигуна Р2 збільшується струм якоря Iа, отже, зростає падіння напруги в ланцюзі якоря Ia Σ r. У результаті зменшується чисельник(6.7), що веде до зменшення частоти обертання. Одночасно з ростом навантаження посилюється реакція якоря (см§6.4); це зменшує основний магнітний потік Ф, що сприяє збільшенню частоти обертання. У двигунах малої потужності з невеликим магнітним насиченням розмагнічуючий вплив реакції якоря не великий і характеристика n=f(Р2) має вигляд кривої, слабо нахиленої до осі абсцис. У двигунах потужністю в декілька кВт і більше реакція якоря проявляється значніше, і з ростом навантаження в певному діапазоні частота обертання двигуна зростатиме, а двигун почне працювати

46

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

нестійкий. Для подолання цього недоліку двигуни забезпечуються легкою (декілька витків) стабілізуючою обмоткою, включеною послідовно в ланцюг якоря, щоб її МДС Fст була спрямована згідно з МДС обмотки збудження Fв. При збільшенні навантаження одночасно з посиленням реакція якоря збільшується МДС Fст, яка компенсує розмагнічуючу дію реакції якоря.

Графік залежності М2=F(Р2) визначається выражен6ием корисного моменту (моменту на валу), Н м,

1

де ωа - кутова швидкість якоря, С .

Якщо n=const, то графіком M2=f(P2) є пряму лінію, що виходить з початку осі координат. Проте з ростом навантаження двигуна частота обертання зменшується це призводить до нелінійності даної характеристики.

Графік залежності Ia=f(P2) не виходить з початку осей координат, оскільки в режимі холостого ходу(Р2=0) двигун споживає з мережі струм холостого ходу I0 і розвиває момент холостого ходу М0, обумовлений механічними і магнітними втратами в двигуні. Параметри двигуна, відповідні потужності Р ном, називають номінальними: nном, Iаном, M 2ном.

Регулювання частоти обертання двигунів

Хороші регулювальні властивості двигунів постійного струму - одна з головних причин їх застосування в сучасному електроприводі, незважаючи на істотні недоліки, обумовлені наявністю у них щітково-колекторного вузла. Кращі регулювальні властивості у двигунів незалежного і паралельного збудження. Способи регулювання частоти обертання характеризуються показниками: діапазон і плавність регулювання, економічність, визначувана вартістю регулюючої апаратури і величиною втрат в ній.

Розглянемо деякі способи регулювання частоти обертання колекторних двигунів незалежного і паралельного збудження.

Регулювання частоти обертання зміною напруги, що підводиться до обмотки якоря.

Як слід зі зміною напруги U частота обертання змінюється. Оскільки перевищення номінальної напруги неприпустимо, то цей спосіб дозволяє змінювати частоти обертання тільки у бік зменшення від номінальної. У двигунах потужністю до 100-120 Вт напруга, що підводиться до обмотки якоря, можна змінювати за допомогою потенціометра, втрати в якому внаслідок невеликої зраджуваної потужності невеликі. Якщо живлення двигуна здійснюється через ав-

47

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

тономні випрямлячі (В1-в ланцюга обмотки якоря і В2-в ланцюга обмотки збудження ОВ), то регулювати частоту обертання можна за допомогою автотрансформатора АТ, на вихід якого включений випрямляч В1. При цьому напруга збудження залишається незмінною. Цей спосіб регулювання частоти обертання успішно застосовується при потужності двигуна до 500-600 Вт. Застосування двигуна зі збудженням постійними магнітами спрощує схему включення, оскільки відпадає необхідність у випрямлячі В2.

Регулювання частоти обертання зміною додаткового опору в ланцюзі обмотки якоря. Цей спосіб регулювання також дозволяє змінювати частоту обертання тільки у бік зменшення від номінальної і здійснюється посредствам реостата R доб. Недоліки даного способу : значні втрати на нагрів реостата - зі зміною опору Rдоб міняється жорсткість механічних характеристик двигуна.

Регулювання частоти обертання зміни магнітного потоку збудження. Цей спосіб регулювання дуже економічний, оскільки зміна магнітного потоку здійснюється реостатом в ланцюзі обмотки збудження, струм в якій у даних двигунів у декілька разів менше струму ланцюга обмотки якоря. Спосіб дозволяє змінювати частоту обертання у бік збільшення від r рег зменшується струм в обмотці збудження I в, а отже, і магнітний потік Ф, що викликає зростання частоти обертання якоря двигуна.

Регулювання частоти обертання зміною магнітного потоку збудження. Цей спосіб регулювання дуже економічний, оскільки зміна магнітного

потоку здійснюється реостатом в ланцюзі обмотки збудження, струм в якій у даних двигунів у декілька разів менше струму в ланцюзі обмотки якоря. Спосіб дозволяє змінювати частоту обертання у бік збільшення від номінальної. При збільшенні опору реостата rрег зменшується струм в обмотці збудження Iв, а отже, і магнітний струм Ф, що викликає зростання частоти обертання якоря двигуна.

Залежність частоти обертання двигуна від магнітного потоку n=f(Ф) при незмінених значеннях напруги U і моменту навантаження М2 називається регулювальною характеристикою двигуна. З реуклировочной характеристики виходить, що при зменшенні магнітного потоку Ф до значення Ф' частота обертання зменшується. Це обьясняется тим, що зменшення потоку Ф супроводжується ростом струму в ланцюзі якоря Iа. Така залежність виходить з формули

Ia = M / cмФ полученой преоюразованием. При Ф<Ф' струм досягає значень, при

яких падіння напруги в ланцюзі якоря Iaår наближається до напруги U. Витікає, що з ростом струму Ia збільшується другий доданок чисельника цього виразу, а

48

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

тому при значному струмі Ia зменшення потоку Ф супроводжується зменшенням частоти обертання n.

Максимальна частота обертання nmax при невеликому навантаженні на валу двигуна у багато разів перевершує номінальну частоту обертання nном і недопустима за умовами механічної міцності двигуна. Тому при виборі реостата rрег необхідно стежити, щоб при повністю введеному його опорі частота обертання двигуна не перевищувала допустимого значення. Наприклад, для

двигунів серії 2П допускається частота обертання не більше (2 ∙∙ 3) nном. Необхідно стежити за надійністю електричних з'єднань в ланцюзі обмотки збудження двигуна, оскільки при розриві цього ланцюга магнітний струм Ф зменшується до значення потоку залишкового магнетизму Фост, при якому у разі малих навантажень на валу двигуна частота обертання може перевищувати максимальне значення.

Недолік цього способу регулювання полягає в тому, що при зміні потоку Ф значною мірою міняється жорсткість механічних характеристик двигуна.

Імпульсне регулювання частоти обертання.

Розглянемо схему, що пояснює цей спосіб регулювання. Ланцюг обмотки якоря двигуна незалежного збудження періодично підключається до джерела напруги ключем До. При замиканні ланцюга якоря на якийсь час t1 до обмотки якоря підводиться напруга U=Uном, струм наростає до значення Imax. При розмиканні ключа струм зменшується, досягаючи значення Imin, замикаючись через діод VD. При наступному замиканні ключа До струм в якорі знову досягає значення Imax і так далі. Таким чином, до ланцюга обмотки якоря підводяться імпульси напруга, амплітудне значення якої дорівнює напрузі U джерела.

Середня напруга, що прикладається до двигуна, В,

Uср = Ut1 /T = γU де t1 -длительность імпульсу напруги; Т - час між двома наступними один за одним імпульсами напруги; γ = t1 /T - коефіцієнт управління. Струм в обмотці якоря визначається середнім значенням

Iср = 0,5(Imax + Imin ).

Частота обертання двигуна при імпульсному регулюванні

Імпульсне регулювання забезпечує зміни частоти обертання лише у бік зменшення від номінальної. Для зниження пульсації струму в ланцюг якоря включають дросель L. Частота роботи ключа складає 200-400 Гц.

Середнє значення напруги Uср., якоря, що підводиться до обмотки, регу-

49

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

люється зміною частоти дотримання імпульсів, що управляють.

Частота обертання двигунів з постійними магнітами регулюється зміною напруги на обмотці якоря (реостатом Rдоб або імпульсним методом) тільки у бік зменшення від номінального значення.

Для зміни напряму обертання якоря (реверсу) двигуна необхідно змінити напрям струму в обмотці якоря або в обмотці збудження. У двигунах з постійними магнітами реверс здійснюється зміною полярності клем обмотки якоря.

Контрольні питання

1.Чому при пуску виникає великий пусковий струм?

2.Що необхідно зробити для обмеження пускового струму?

3.Які характеристики називаються робітниками?

4.Який спосіб дозволяє регулювати частоту обертання убік вгору від номінальної?

5.Який спосіб дозволяє регулювати частоту обертання убік вниз від номінальної?

6.Перерахуйте способи регулювання частоти обертання.

7.Які втрати є присутніми в двигунах постійного струму.

8.Поясніть принцип регулювання частоти обертання зміною напруги.

9.Поясніть принцип регулювання частоти обертання зміною магнітного

потоку.

10.Поясніть принцип регулювання частоти обертання зміною опору в ланцюзі обмотки якоря.

Лекція 9 Тема: 2.1 Пристрій і робочий процес трансформатора

План

1.Призначення трансформатора і класифікація

2.Облаштування трансформатора

3.Принцип дії трансформатора

Призначення трансформатора

Трансформатор - це електромагнітний статичний перетворювач з двома або нерухомішими обмотками, який перетворить параметри змінного струму : напругу, струм, частоту, число фаз. Можливо також застосування трансформаторів для перетворення синусоїдального змінного струму в несинусоїдальний.

Переважне застосування в електричних установках отримали силові трансфор-

матори, що перетворюють напругу змінного струму при незмінній частоті. Трансфо-

50

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com