Техн ЕМБ / Лек ТЕД

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Рисунок 3.16 – Двигун послідовного збудження з неявнополюсним статором

Як визначають перші гармоніки МРС компенсаційної та якірної обмоток тягового двигуна постійного струму з неявнополюсним статором?

Амплітудне значення МРС компенсаційної обмотки

повинно дорівнювати амплітудному значенню МРС якірної обмотки

де p – число пар полюсів;

Nк , Nа – число активних провідників відповідно компенсаційної та якірної обмоток;

Iа Iк – відповідно струми якірної та компенсаційної обмоток; iа – струм паралельної гілки обмотки якоря.

Виходячи з рис. 3.16, середні значення МРС:

111

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

де Fкх , Fах – поточні значення МРС, які залежать від просторо-

вої координати Х.

Діюче значення МРС першої гармоніки одного витка компенса-

ційної обмотки з діаметральним кроком, використовуючи закон повного струму та розкладання в ряд Фур’є прямокутної форми кривої МРС витка, дорівнює:

Діюче значення МРС першої гармоніки wк p витків однієї пари полюсів компенсаційної обмотки з урахуванням того, що

wк Nк

p 2 p

та використовуючи вираз (3.70):

Обмотковий коефіцієнт, як відношення геометричної суми МРС окремих котушок до їх алгебраїчної суми, вважаючи для компенсаційної обмотки число пазів нескінченно великим,

4

З урахуванням виразу (3.76) формула (3.75) набуває вигляду:

Діюче значення МРС першої гармоніки одного витка обмотки якоря з діаметральним кроком:

112

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Порівнюючи формули (3.77) та (3.82), робимо висновок, що перші гармоніки МРС обмоток при рівності амплітуд Fкт та Fат відрі-

зняються у 2 разів. Тому вектори перших гармонік МРС Fк1 та Fа1

у комплексній площині спрямовані під кутом 1350 (рис.3.16). Сумою цих векторів є вектор результуючої МРС Fd за подовжньою віссю.

Розподіл МРС обмоток у повітряному зазорі вздовж кола якоря наведено на рис. 3.16.

Які переваги тягових двигунів постійного струму з неявнополюсним статором?

За рахунок сукупної дії МРС обмоток якоря та компенсаційної створюється рівномірно розподілений вздовж кола якоря основний магнітний потік, спрямований за подовжньою віссю d. А це виключає можливість появи колового вогню по колектору. Статор конструктив-

113

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

но простий, оскільки не потрібно виготовляти й закріплювати основні та додаткові полюси. Габарити двигуна менші. Менші втрати мідного провідника. Збільшується потужність при без іскровій комутації у порівнянні з серійним еквівалентним двигуном.

Ще більш ефективний двигун мішаного збудження з рівномірним повітряним зазором. Компенсаційну обмотку розміщують несиметрично на дузі

вк (1 4 38)

між подовжньою віссю й пазами з обмоткою незалежного збудження. Обмотку незалежного збудження розміщують симетрично відносно поперечної осі q на дузі (рис. 3.17)

вн 2вк

Рисунок 3.17 – Двигун мішаного збудження

Корисна потужність зростає на 30 35% у порівнянні з серійним двигуном при меншій висоті осі обертання та при такій же витраті мідного проводу.

114

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Лекція 4 ДЕЯКІ НАПРЯМИ УДОСКОНАЛЕННЯ КОНСТРУКЦІЇ

ТА ПРОЕКТУВАННЯ КОЛЕКТОРНИХ МАШИН ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

ПЛАН ЛЕКЦІЇ

Електрична машина з універсальним збудженням. Визначення розмахів пульсацій та середніх величин швидкості обертання, обертаючого моменту, магнітного потоку при імпульсному живленні тягового двигуна послідовного збудження. Визначення основних розмірів та електромагнітних навантажень. Аналітична апроксимація характеристик намагнічування сталі для машин постійного струму. Магнітні характеристики таких машин.

Лекції –4 години Лабораторні роботи – 4 години. Самостійна робота –8 годин

Рекомендована література: [3].

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

3 Флора В.Д. Тягові імпульсні перетворювачі для електротранспорту. – Запоріжжя : ЗНТУ. - 2006. - 310с.

4.1. Електрична машина з універсальним збудженням

Які системи електромагнітного збудження електричних машин постійного струму застосовуються? Які недоліки цих систем збудження?

Електричні машини постійного струму на теперішній час вико-

нуються з мішаним, послідовним, паралельним або незалежним збу-

дженням [6]. Електрична машина з мішаним електромагнітним збудженням має послідовну та незалежну обмотки збудження, які сумісно створюють сумарний номінальний магнітний потік. В конструкції машини зафіксовано параметрами обмоток збудження співвідношення між складовими номінального магнітного потоку, що створюються послідовною та незалежною обмотками збудження.

Недоліком такої конструкції електричної машини є те, що в номінальному режимі роботи завжди використовуються лише механічні та зовнішні характеристики, створювані при фіксованому для даної конструкції співвідношенні складових магнітного потоку, створюваних послідовною та паралельною обмотками збудження, що не завжди є оптимальним для технологічного процесу, який обслуговує ця елек-

115

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

трична машина, особливо в електротранспортних (режими тяги, електричного гальмування і т. д.) та зварювальних (регулювання нахилу зовнішньої характеристики зварювального генератора і т. і.) пристроях.

Як можна поліпшити систему збудження машини постійного струму? Які властивості має така машина?

Більш досконалою є електрична машина з поліпшеними експлуатаційними характеристиками [8], що дозволяє одержати поле плавно змінюваних механічних та зовнішніх характеристик, встановлюваних в залежності від вимог технологічного процесу, який обслуговується цією електричною машиною. Це досягається конструктивними удосконаленнями обмоток електромагнітного збудження з плавним регулюванням струмів у цих обмотках. Параметри кожної окремо послідовної та незалежної обмоток збудження встановлюються, виходячи з номінального режиму роботи машини, а струми збудження в них регулюються окремими імпульсними перетворювачами, які регулюють складові магнітних потоків таким чином, щоб в номінальному режимі роботи сумарний магнітний потік завжди був номінальним.

Використання таких обмоток збудження та окремих імпульсних перетворювачів дозволяє плавно змінювати струми збудження в обмотках, одержувати зовнішні (в генераторному режимі роботи) та механічні (в двигуновому режимі роботи) характеристики електричної машини з незалежним, послідовним та мішаним збудженням, плавно переходячи від характеристик з незалежним збудженням до характеристик з послідовним збудженням і навпаки, тобто електрична машина має властивість універсального електромагнітного збудження з реалізацією (за необхідністю) протизбудження.

Навести схему та пояснити принцип дії машини з універсальним збудженням.

Схема вмикання обмоток електричної машини наведена на рис.

4.1.

Електрична машина функціонує з незалежним збудженням, коли імпульсний перетворювач 5 постійно шунтує послідовну обмотку 2, а магнітний потік повністю створюється тільки обмоткою незалежного збудження 3, яка живиться через імпульсний перетворювач 4 від затискачів 8, 9. Плавно регулюючи струм обмотки 3 за допомогою перетворювача 4, можливо одержати поле характеристик машини з незалежним збудженням. При послідовному збудженні перетворювач 4 вим-

116

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

кнений, тому весь магнітний потік створюється тільки обмоткою послідовного збудження. Якщо перетворювач 5 при цьому вимкнений, то електрична машина працює на природних характеристиках з послідовним збудженням. Плавно регулюючи перетворювач 5, можливо здійснювати плавне послаблення магнітного поля машини. При цьому можливо одержати поле характеристик машини з послідовним збудженням.

Машина вміщує обмотки: якірну 1, послідовного збудження 2,

незалежного збудження 3, паралельно до обмоток збудження увімкнені реверсивні імпульсні перетворювачі 4, 5; якірний ланцюг приєднаний до за-

тискачів постійного струму 6 (позитивний), 7, імпульсний перетворювач 4 приєд-

наний до до затискачів 8 (позитив-

ний), 9.

Рисунок 4.1 – Електрична машина з універсальним збудженням

При мішаному збудженні одночасно працюють імпульсні перетворювачі 4, 5, плавно встановлюючи потрібні для даного режиму роботи співвідношення між струмами послідовної та незалежної обмоток збудження, а отже – складовими сумарного потоку збудження. Таким чином можливо одержати поле характеристик електричної машини у всьому діапазоні регулювання сумарного магнітного потоку збудження від незалежного до послідовного з використанням (в разі потреби) режиму протизбудження, коли потоки послідовної та незалежної обмоток напрямлені зустрічно. У якості імпульсних перетворювачів можуть бути використані, наприклад, схеми, описані [9].

4.2 Визначення розмахів пульсацій та середніх величин швидкості обертання й обертаючого моменту двигуна постійного струму при імпульсному живленні в усталеному режимі роботи

117

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Як визначаються розмахи пульсацій та середні величини швидкості обертання і обертаючого моменту тягового двигуна постійного струму при імпульсному живленні якірного ланцюга в усталеному режимі роботи?

Середню за період комутації швидкість обертання якоря двигуна ωср при імпульсному живленні можливо визначити для проміжку часу Тнк із співвідношення [9, 10]:

де Wср , Wвтр – відповідно середня енергія, яка споживається ланцюгом навантаження, та втрати енергії в цьому ланцюзі, або

де Iнср – середній за період комутації струм якоря двигуна; Wн – енергія, яку отримує навантаження (двигун);

Uсср – середня напруга на якорі двигуна;

Мср – середній обертаючий момент, який створює двигун; Rн – опір ланцюга якоря двигуна.

Беручи до уваги те, що в усталеному режимі статичний момент

обертання двигуна, тобто на обертові маси діє максимальний момент

При цьому відбувається зменшення швидкості обертання двигуна, тобто на обертові маси діє мінімальний момент

118

– кутова швидкість обертання ротора;

Je – еквівалентний момент інерції, який визначається формулами, наведеними [9];

M0 – момент холостого ходу, за допомогою якого двигун компенсує втрати холостого ходу;

М – розмах пульсацій моменту, який створює двигун. Враховуючи формули (4.5), (4.7), одержимо:

З іншого боку, виходячи зі співвідношень, наведених [9]:

для 0 t Tв:

119

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

пульсацій швидкості обертання якоря двигуна в усталеному режимі:

одержимо розмах пульсацій кутової швидкості обертання з урахуван-

ням (4.18):

4.3 Визначення магнітного потоку та розмаху його пульсацій при імпульсному живленні тягового двигуна постійного струму

Як визначається ЕРС машини постійного струму при відомих напрузі та ККД?

Знімаючи експериментально криві намагнічування електричної

потік та струм збудження. Щоб визначити дійсну криву намагнічування, необхідно визначити Сe . Для визначення моменту

120