Реакция якоря
Реакцией якоря называется воздействие тока якоря на магнитное поле машины. Реакция якоря в большинстве случаев – явление нежелательное, искажающие главное магнитное поле.
Пока магнитное поле машины создается только током в обмотке возбуждения (Iя = 0), оно симметрично по отношению к оси сердечников полюсов и под полюсами равномерно. Геометрическая нейтраль совпадает с физической – рис. а)
Геометрическая
нейтраль
- линия перпендикулярная оси полюсов.
- физическая
нейтраль, т.е. линия проходящая через
точки, где магнитная индукция =0. Щетки
располагаются на геометрической
нейтрали.
Как только в обмотке якоря возникает ток, он становится электромагнитом. поле якоря поперечное – рис.б).
При нагрузке машины реакция якоря, воздействует на главное поле, создает результирующее поле.
Линии магнитного поля смещаются по направлению вращения в генераторном режиме или против направления в двигательном – рис. в). Физическая нейтраль смещается по отношению к геометрической.
Искажение магнитного поля под полюсами сопровождается значительным местным повышением магнитной индукции. Мгновенное э.д.с. в секциях обмотки пропорционально этой индукции (при движении). Следовательно искажение поля может вызвать повышение напряжения между соседними пластинами коллектора. Это может привести к возникновению опасных дуговых разрядов.
Для ослабления реакции якоря применяют:
-
увеличивают магнитное сопротивление на пути потока якоря. Воздушный зазор между якорем и полюсными наконечниками делают достаточно большим. Для обеспечения нужного потока необходима соответствующая м.д.с. Увеличение м.д.с. главных полюсов ведет к увеличению габаритов и массы;
-
дополнительные полюса устанавливают на станине и соединяют последовательно с обмоткой якоря через щетки так, чтобы направление напряженности поля дополнительных полюсов было противоположно направлению поля якоря;
-
компенсационная обмотка полностью компенсирует реакцию якоря. Якорь вращается, а его магнитный остается неподвижным. Компенсационная обмотка помещается в специальных пазах главных полюсов и последовательном соединении с обмоткой якоря. Приводит к удорожанию, применяется в крайних случаях.
Синхронные машины
Синхронной называется электрическая машина, частота вращения которой связана постоянным соотношением с частотой f сети переменного тока, в которую эта машина включена.
Область применения:
-
генераторы переменного тока промышленной частоты на электрических станциях;
-
двигатели работающие при постоянной частоте вращения;
-
синхронные компенсаторы для получения регулируемого реактивного тока.
Основными частями синхронной машины являются статор и ротор.
Статор состоит из сердечника и обмотки. Сердечник статора собран из изолированных друг от друга пластин электротехнической стали и укрепленный внутри массивного корпуса. В пазах с внутренней стороны статора размещается в большинстве случаев трехфазная обмотка.
Ротор синхронной машины конструктивно выполняют:
- явнополюсным;
- неявнополюсным;
Ротор представляет собой электромагнит.
На роторе располагают обмотку возбуждения, питаемую от источника постоянного тока. Т.о. ротор синхронной машины имеет свой магнитный поток, который определяет его полярность. В этом заключается принципиальное отличие ротора синхронной машины от ротора асинхронной машины, полярность которой всегда определяет полярность статора.
Явнополюсной ротор изготавливается из листовой стали и имеет большое число полюсов, на которых располагается ОВ.
ОВ неявнополюсных роторов закладываются в пазы и создает два полюса ротора.
В синхронных электрических машинах с неявновыраженными полюсами частота вращения ротора 3000 об/мин, а с явновыраженными от 100 до 1000 об/ мин.
Питание к обмотке ротора подводится через скользящие контакты, состоящие из медных колец и графитовых щеток.
РЕЖИМЫ РАБОТЫ
СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР
При вращении ротора его магнитное поле пересекает витки витки обмотки статора, индуктируя в них э.д.с. Чтобы получить синусоидальную форму э.д.с., зазор между поверхностью ротора и статором увеличивают от середины полюсного наконечника к его краям. В быстроходных машинах с неявными полюсами используется соответствующее распределениеобмотки вдоль окружности ротора.
В режиме генератора магнитные полюса ротора как бы тянут за собой магнитные полюса статора.
Частота индуктируемой э.д.с.
,
p – число пар полюсов;
n – число оборотов ротора в мин.
Внешняя характеристика синхронного генератора
Напряжение на режимах генератора повышается при увеличении емкостной нагрузки.
СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Если
приложить к валу машины вместо вращающего
тормозной момент механической нагрузки,
то ось полюсов ротора повернется на
угол
относительно полюсов статора против
направления вращения. В результате
взаимодействие токов в роторе с вращающим
магнитным полем статора на проводники
ротора действуют силы, которые будут
стремиться увлечь ротор в направление
вращения.
РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ
В теории электрических машин обмотка в которой э.д.с. индуктируется основным магнитным потоком, называется обмоткой якоря. Поэтому у синхронных машин обмотка статора является обмоткой якоря. Если к такой обмотке присоединена нагрузка, то по ней протекает ток I, создающий магнитный поток якоря. Воздействие магнитного потока якоря на основной магнитный поток называется реакцией якоря и зависит от характера нагрузки.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС И КПД СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
Уравнение активной электрической мощности для одной фазы генератора
;
Для генератора
;
т.о.
.
Уравнение показывает, что электрическая мощность статора Рэс складывается из мощности потерь в проводах и электрической мощности.
Но кроме мощности потерь в проводах в генераторе имеют место еще мощность механических потерь из – за гистерезиса и вихревых токов в стали Рс статора и полюсных наконечников. Мощность этих потерь покрывается за счет механической мощности первичного двигателя.
Энергетическая диаграмма
Рвоз – мощность потерь на возбуждение генератора = мощности источника постоянного ток.
- электрическая
мощность генератора при
.
Номинальной мощностью генератора считается его полная мощность
.
С увеличением мощности генератора возрастает необходимость в искусственном охлаждении.
Для генераторов с S > 25000ВА применяют водородное охлаждение.
КПД СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
,
- мощность постоянных
потерь;
- мощность переменных
потерь.
С уменьшением нагрузки к.п.д. уменьшается.
Увеличением номинальной мощности генератора к.п.д. увеличивается и увеличивается к.п.д. первичного двигателя.
ПОНЯТИЕ ОБ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ
Электроприводом называется электромеханическое устройство, предназначенное для электрофикации и автоматизации рабочих процессов.
Структурная схема
Преобразующее устройство ПрУ преобразует напряжение, ток или частоту напряжения. Оно может быть выполнено в виде магнитного усилителя, магнитного усилителя с выпрямителем, управляемого выпрямителя на тиристорах и т.д.
ЭДУ – электродвигательное устройство, где происходит преобразование эл.эн. в механическую.
ПУ – передаточное устройство для изменения скорости до рабочего значения (коробка передач).
РМ – рабочий механизм (нагрузка).
УУ – управляющее устройство регулирует работу всех блоковю
Электроприводы делят на три группы:
-
групповые;
-
одиночные;
-
многодвигательные.
Групповые, где с помощью механической передачи приводят в действие несколько механизмов.
Одиночные, где механизм приводится в действие индивидуальным двигателем.
В многодвигательных электроприводах каждый орган рабочего механизма снабжен своим двигателем.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Измерительные приборы бывают аналоговыми и цифровыми.
К аналоговым относятся измерительные приборы, показания которых являются непрерывной функцией измеряемой величины.
Цифровые – это приборы автоматически вырабатывающие дискретные сигналы измерительной информации. Результат измерений представлен в цифровой форме.
Аналоговые приборы можно разделить на 4 группы:
-
Электромеханические приборы прямого действия
-
Приборы сравнения
-
Самопишущие приборы
-
Электронные приборы.
Электромеханические приборы прямого действия
-
По принципу действия. Магнитоэлектрические
с
подвижной рамкой
с подвижным магнитом
Работа измерительного механизма (ИМ) основана на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с током, протекающим в рамке.
Работают только на постоянном токе. Для работы на переменном токе необходимо наличие выпрямительного преобразователя.
-
Э
лектромагнитные
Работа ИМ основана на взаимодействии магнитного поля неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником. Работают в цепях постоянного и переменного тока.
-
Э
лектродинамические
Работа основана на взаимодействии магнитных полей неподвижных катушек с подвижной. Работают на постоянном и переменном токе.
-
ферродинамические.
4. Электростатические
Работа ИМ основана на взаимодействии 2-х или нескольких Эл. заряженных проводников.
Работает в цепях постоянного и переменного тока.
-
И
ндукционные
Счетчики электрической энергии.
Работа основана на взаимодействии двух магнитных потоков с токами в проводящем (Al) диске.
По роду измеряемой величины
mA,
мА, МА, мкА - амперметр.
-
вольтметр.
-
ваттметр.
-
счетчик эл.эн.
-
частотометр.
-
омметр.
-
фазометр.
По роду измеряемого тока.
— на пост. токе.
на однофазном
переменном токе.
на пост. и
переем. токе.
на 3-х фазн.
переем. токе с симметр. нагр.
--//--//-- с
несимметр. нагр.
одно- и двухэлементный
для работы в 3-хпроводных цепях.
3-х элементный
для работы в 4-х проводных цепях.