Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

КАК УСТРОЕНА И РАБОТАЕТ

КАК УСТРОЕНА И РАБОТАЕТ

  • ГЛАВНАЯ
  • СВЕДЕНИЯ
  • ОБОЗНАЧЕНИЯ
  • ДВИГАТЕЛИ
  • ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
  • ЦЕПИ ЭЛЕКТРОВОЗОВ

Коммутация. Реакция якоря

В процессе вращения якоря двигателя витки его обмотки поочередно переходят из области взаимодействия с северным полюсом в область взаимодействия с южным, а затем снова с северным и т. д. При переходе витка из одной области в другую ток в нем уменьшается до нуля (происходит как бы отключение цепи), а затем возрастает (включение) до прежнего значения, но изменив направление на противоположное.

Изменение соединений в электрических цепях (включение, отключение и переключение их частей), осуществляемое с помощью различных аппаратов — коммутаторов, называется коммутацией (от латинского слова — изменение, перемена). В электрических машинах постоянного тока коммутатором служит коллектор. Максимальная частота изменения направления тока в секции обмотки якоря очень велика и составляет в зависимости от типа двигателя 13—15 тысяч переключений в минуту. Коммутация в некоторых условиях может сопровождаться искрением под щетками, что приводит к усиленному износу коллектора, а иногда, при возникновении сплошного искрения (кругового огня), к серьезным повреждениям двигателя.

Рассмотрим, как протекает процесс коммутации. Известно, что в электрической цепи при изменении тока возникает э. д. с. самоиндукции. Появление ее объясняется тем, что магнитное поле, создаваемое электрическим током, проходящим по проводнику, изменяется одновременно с изменением тока. Изменяющееся магнитное поле приводит к возникновению в проводнике э. д. с. самоиндукции, направление которой таково, что она препятствует изменению тока, вызывающему ее, т. е. стремится поддержать первоначальный ток. Если ток уменьшается, то э. д. с. самоиндукции задерживает его снижение и, наоборот, при увеличении тока задерживает его рост.

Результат действия э. д. с. самоиндукции можно увидеть, например, при размыкании рубильников, когда в момент разрыва цепи в воздухе возникает электрическая дуга. Действие э. д. с. самоиндукции подобно силам инерции в механике, которые противодействуют всякому изменению скорости движущегося тела.

При коммутации витка обмотки якоря в момент, когда щетка сходит с коллекторной пластины, с которой электрически соединен коммутирующий виток, цепь размыкается и возникающая э. д. с. самоиндукции стремится поддерживать прекращающийся ток. Но между неподвижной щеткой и быстро движущейся коллекторной пластиной сразу же появляется слой воздуха, который, как известно, обладает хорошими изоляционными свойствами. Э.д.с. самоиндукции повышает напряжение, действующее между соседними коллекторными пластинами, и воздух может ионизироваться, т. е. стать проводником; при некотором значении э. д. с. слой воздуха пробивается, через него проходит электрический ток.

Кроме э. д. с. самоиндукции, есть еще причины, затрудняющие процесс коммутации в двигателе. Одна из них — э. д. с. взаимной индукции. Как уже было отмечено, щетка перекрывает не одну, а несколько пластин коллектора, т. е. в процессе коммутации участвуют несколько соседних витков одновременно; поэтому с изменением тока в коммутируемых витках переменные магнитные поля наводят не только э. д. с. самоиндукции в собственных проводниках, но и э. д. с. взаимной индукции в соседних, действующую согласно с э. д. с. самоиндукции.

Затрудняет коммутацию и так называемая реакция якоря. Сущность этого явления заключается в следующем. Проходящий по проводникам обмотки якоря ток создает вокруг каждого проводника магнитный поток, направление силовых линий которого определяется по известному из электротехники правилу буравчика (рис. 24). Магнитные потоки отдельных проводников обмотки якоря, складываясь, образуют общий магнитный поток якоря, направленный перпендикулярно к оси полюсов. Поток якоря, накладываясь на магнитный поток обмотки возбуждения, искажает его под полюсами двигателя: усиливает с одной стороны и ослабляет с другой. Воздействие магнитного потока якоря на магнитный поток возбуждения называют реакцией якоря. Чем больше нагрузка двигателя, тем сильнее действие реакции якоря.

Вследствие искажающего влияния реакции якоря ось, по которой располагают щетки (ее называют геометрической нейтралью), попадает в сферу действия магнитного потока. Поэтому коммутируемые витки пересекают магнитные силовые линии искаженного магнитного потока и в них и наводятся дополнительные э. д. с, которые, как и э. д. с. самоиндукции и взаимной индукции, нарушают нормальный процесс коммутации. Э. д. с. самоиндукции, взаимной индукции и реакции якоря складываются. Результирующую э. д. с. называют реактивной.

Как же добиться, чтобы при коммутации не возникло сильное искрение? В тяговых двигателях, как и в большинстве других двигателей постоянного тока, для этого устанавливают дополнительные полюса. Магнитный поток, создаваемый ими, должен быть направлен так, чтобы в коммутируемых секциях при их перемещении наводилась э. д. с, равная реактивной и направленная навстречу ей. Реактивная э. д. с. непостоянна. Она изменяется пропорционально току якоря. Э. д. с, создаваемая дополнительными полюсами, должна изменяться также. Это условие будет выполнено, если по обмотке дополнительных полюсов будет проходить тот же ток, что и по обмотке якоря. Поэтому обмотку якоря и обмотки дополнительных полюсов необходимо соединить последовательно (рис. 25).

Читать еще:  Влияние момента зажигания на работу двигателя

Для улучшения процесса коммутации щетки выполняют из материала, создающего повышенное сопротивление в месте контакта с коллектором. При этом в цепь тока, вызванного реактивной э. д. с, вводится дополнительное сопротивление, и он уменьшается.

Большое значение для обеспечения надежной коммутации двигателей имеет выбор напряжения между соседними коллекторными пластинами. Коммутация двигателей протекает без искрения при напряжении между ними, не превышающем 30—32 В. Более высокое напряжение способно пробить воздушный промежуток, и тогда в момент разрыва контакта между щетками и сбегающими с них коллекторными пластинами возникает искрение.

Как уже отмечалось, реакция якоря ослабляет магнитный поток возбуждения с одной стороны полюса и усиливает его с другой. В витках якоря, пересе-
кающих область, где магнитный поток возбуждения усилен, возникает повышенная э. д. с. В результате возрастает напряжение между соседними коллекторными пластинами. Это напряжение увеличивается также при перегрузках мощных тяговых двигателей, когда особенно сильно сказывается реакция якоря. В таких условиях между коллекторными пластинами может возникнуть круговой огонь — мощная электрическая дуга, замыкающая накоротко обмотку якоря или большую часть ее; она вызывает тяжелые повреждения двигателя.

Дополнительные полюса сводят до минимума опасность возникновения только реактивной э. д. с, не компенсируя искажающее действие реакции якоря под главными полюсами. Поэтому во всех двигателях электровозов переменного тока и в мощных двигателях электровозов постоянного тока ВЛ10 и ВЛ11 применяют компенсационную обмотку. Эту обмотку (см. рис. 22) соединяют последовательно с обмоткой якоря так, чтобы создаваемый компенсационной обмоткой поток был направлен встречно по отношению к потоку реакции якоря. Этот поток устраняет искажение потока под главными полюсами, а следовательно, и искажение напряжения между коллекторными пластинами, находящимися в этой зоне.

Компенсационная обмотка — наиболее действенное средство улучшения коммутации тяговых двигателей, обычно работающих в условиях резкопере-менных нагрузок. Однако применение ее усложняет конструкцию двигателя; усложняются также его эксплуатация и ремонт. Применение гладких якорей, о которых говорилось выше, позволяет отказаться от компенсационной обмотки, так как при этом значительно уменьшается реакция якоря, а значит, улучшается коммутация тяговых двигателей.

Следует отметить, что использование петлевой обмотки и увеличение числа пар полюсов также обеспечивают лучшую коммутацию.

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ЛЮБЫХ МОДЕЛЕЙ ______________ _____________ СО СКЛАДА И ПОД ЗАКАЗ

Самое популярное

Календарь

ПВСЧПСВ
12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930

Анонсы новостей

Стоматологические услуги и процедуры

Современные люди, что сталкиваются с болями или заболеваниями зубов, предпочитают обращаться в проверенные центры и клиники, в которых работают опытные, квалифицированные врачи. Например, такая стоматология в санкт петербурге, как «Хорошая стоматолог.

Архив новостей

  • Май, 2011
  • Апрель, 2011
  • Март, 2011
  • Февраль, 2011
  • Январь, 2011

Коммутация в электродвигателях постоянного тока

Коммутация в электродвигателях постоянного тока

В процессе работы электродвигателя постоянного тока щетки, скользя по поверхности вращающегося коллектора, последовательно переходят с одной коллекторной пластины на другую. При этом происходит переключение параллельных секций обмотки якоря и изменение тока в них. Изменение тока происходит в то время, когда виток обмотки замкнут щеткой накоротко. Этот процесс переключения и явления, связанные с ним, называются коммутацией.

В момент коммутации в короткозамкнутой секции обмотки под влиянием собственного магнитного поля наводится э. д. с. самоиндукции. Результирующая э. д. с. вызывает в короткозамкнутой секции дополнительный ток, который создает неравномерное распределение плотности тока на контактной поверхности щеток. Это обстоятельство считается основной причиной искрения коллектора под щеткой. Качество коммутации оценивается по степени искрения под сбегающим краем щетки и определяется по шкале степеней искрения.

Способы возбуждения электродвигателей постоянного тока

Под возбуждением электрических машин понимают создание в них магнитного поля, необходимого для работы электродвигателя. Схемы возбуждения электродвигателей постоянного тока показаны на рисунке.

Схемы возбуждения электродвигателей постоянного тока: а — независимое, б — параллельное, в — последовательное, г — смешанное

По способу возбуждения электрические двигатели постоянного тока делят на четыре группы:

1. С независимым возбуждением, у которых обмотка возбуждения НОВ питается от постороннего источника постоянного тока.

2. С параллельным возбуждением (шунтовые), у которых обмотка возбуждения ШОВ включается параллельно источнику питания обмотки якоря.

3. С последовательным возбуждением (сериесные), у которых обмотка возбуждения СОВ включена последовательно с якорной обмоткой.

4. Двигатели со смешаным возбуждением (компаундные), у которых имеется последовательная СОВ и параллельная ШОВ обмотки возбуждения.

Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Физика — рефераты, конспекты, шпаргалки, лекции, семинары

Коммутация в машинах постоянного тока

Под щетками на коллекторе происходит искрообразование, способное вызвать быстрое разрушение коллектора из-за высокой температуры искры, которая способна разрушить металлы и сплавы. Поэтому для увеличения срока службы машины постоянного тока необходимо устранить искрение под щетками, так как искры быстро разрушают пластины коллектора и щетки.

Читать еще:  Датчик холостого хода на двигатель 4g93 митсубиси

Среди причин искрообразования можно выделить механические и электрические. Среди механических причин основной является ухудшение контакта коллектора со щетками, что возникает вследствие неровности коллектора, дрожания щеток и т. п.

Электрической причиной является неудовлетворительная коммутация. Коммутация — это совокупность явлений при изменении направления тока в секциях обмотки якоря в течение замыкания щетками этих секций накоротко.

Когда пластины коллектора с присоединенными к ним концами секции замкнуты щеткой накоротко, секция переходит из одной параллельной ветви обмотки в другую. Процесс коммутации можно рассмотреть на примере обмотки кольцевого якоря.

Отрезок времени, когда секция обмотки вращающегося якоря замыкается щеткой, называется периодом коммутации Т. В течение этого времени сила в секции изменяет направление на противоположное (с + I до – I).

С увеличением скорости вращения якоря и с уменьшением ширины щетки bщ период коммутации уменьшается. Если бы в секции коммутирования не происходило индукции, то процесс коммутации тока в секции был бы определен только соотношениями переходных сопротивлений контактов щетки с двумя пластинами коллектора. Одна пластина постепенно уходит из-под щетки, а вторая заходит под нее. Будем считать, что шири- на щетки не превышает ширины одной коллекторной пластины, и не будем учитывать малые сопротивления проводников, которые соединяют обмотку якоря с коллектором.

В процессе коммутации щетка прикасается к двум пластинам коллектора, образуя два переходных сопротивления. Каждое из этих сопротивлений больше сопротивления контакта щетки Rщ, так как площадь соприкосновения щетки с пластиной не больше, чем в случае, когда щетка стоит на одной пластине, а переходное сопротивление обратно пропорционально площади контакта.

Получаем, что переходное сопротивление R1 в контакте с пластиной, которая уходит из-под щетки, возрастает в процессе коммутации и достигает бесконечности в конце периода коммутации. В момент времени t = 0 получаем i = I, в момент времени t = Т (конец коммутации) получим i = –I. Такой вид коммутации называется прямолинейной, или равномерной, коммутацией. При таких условиях плотность тока под всей щеткой одинакова и не изменяется во время коммутации, вследствие чего отсутствуют коммутационные причины искрения. При реальных условиях щетка перекрывает более двух коллекторных пластин, однако это фактически не меняет линейного характера процесса коммутации, если в коммутируемой секции нет индуктированных э. д. с.

Но возникновения э. д. с. самоиндукции в коммутируемых секциях избежать невозможно. Витки секций находятся в пазах сердечника якоря, поэтому секция обладает значительной индуктивностью L, следовательно, при изменении силы тока в процессе коммутации в секции индуктируется некоторая э. д. с. самоиндукции eL. К данной э. д. с. прибавляется э. д. с. Взаимной индукции еМ, образовывающаяся при изменении силы тока в соседних секциях, которые коммутируются одновременно. По правилу Ленца эти э. д. с. противодействуют изменению силы тока, т. е. задерживают это изменение. Результирующую э. д. с., которая индуктируется при изменении силы тока, называют реактивной э. д. с. Данная э. д. с. задерживает изменение тока и замедляет коммутацию в течение большей части периода. Однако в конце периода при уходе пластины из-под щетки сила тока секции будет равна , т. е. в конце периода ускоренное изменение силы тока в секции вызывает увеличение реактивной э. д. с.

При этом плотность тока под щеткой будет сильно возрастать у края пластины, выходящей из-под щетки, что может привести к сильному нагреванию краев щетки и пластины коллектора. По этим причинам могут возникнуть миниатюрные электрические дуги под щеткой со стороны уходящей пластины коллектора. Для ослабления вредного действия реактивной э. д. с. Нужно противопоставить ей другую индуктируемую э. д. с., которую называют коммутирующей э. д. с. Ек.

Изменение нагрузки машины приводит к изменению реактивной э. д. с., которая пропорциональна току якоря. Однако изменяется и коммутирующая э. д. с., так как обмотка дополнительных полюсов также соединяется с якорем, т. е. изменение нагрузки не нарушает компенсации ер и ек.

При условии ек > ер наблюдается ускоренная коммутация, которая возникает при усилении поля дополнительных полюсов, при увеличении числа витков их обмоток. Такую коммутацию применяют в машинах, которые работают в особо тяжелых условиях.

Виды коммутации

Различают три вида коммутации:

1. Прямолинейная коммутация;

2. Криволинейная ускоренная коммутация;

3. Криволинейная замедленная коммутация.

Эти три вида коммутации описывают различные способы перехода секции из одной параллельной ветви в другую. При этом важными показателями являются:

Читать еще:  Что такое инвалидная коляска с двигателем

1. скорость изменения тока в секции;

2. плотность тока, проходящего в сбегающую и набегающую пластины;

Способы улучшения коммутации:

а) выбор щеток;

б) уменьшение реактивной ЭДС в коммутирующих секциях;

в) добавочные полюса;

5. Перечислите и охарактеризуйте потери мощности в машине постоянного тока. Укажите, как определяется КПД машины?

В машинах постоянного тока, как и в других эл. машинах, имеют место магнитные, электрические и механические потери (составляющие группу основных потерь) и добавочные потери.

Магнитные потери происходят только в сердечнике якоря, так как только этот элемент магнитопровода машины постоянного тока подвергается перемагничиванию. Величина магнитных потерь, состоящих из потерь от гистерезиса и потерь от вихревых токов, зависит от частоты перемагничивания F= pn/60, значений магнитной индукции в зубцах и спинке якоря, толщины листов электротехнической стали, ее магнитных свойств и качества изоляции этих листов в пакете якоря.

Электрические потери в коллекторной машине постоянного обусловлены нагревом обмоток и щеточного контакта. Потери цепи возбуждения определяются потерями в обмотке возбуждения и в реостате, включенном в цепь возбуждения. Электрические потери также имеют место и в контакте щеток:

Электрические потери в цепи якоря и в щеточном контакте зависят от нагрузки машины, поэтому эти потери называют переменными.

Механические потери. В машине постоянного тока механические потери складываются из потерь от трения щеток о коллектор, трения в подшипниках и на вентиляцию.

Механические и магнитные потери при стабильной частоте вращения считать постоянными.

Добавочные потери. Это потери, которые трудно рассчитать. Они складываются из потерь в уравнительных соединениях, потерь в стали из-за неравномерной магнитной индукции под полюсом, потерь от пульсации магнитного потока в полюсных наконечниках и т.д. В расчетах значение добавочных потерь принимают равным 1% от полезной мощности для генераторов или подводимой мощности для двигателей в машинах без компенсационной обмотки и 0,5% в машинах с компенсационной обмоткой.

Коэффициент полезного действия (КПД). КПД электрической машины представляет собой отношение мощностей отдаваемой (полезной) Р2 к подводимой (потребляемой) Р1: η = Р21

КПД можно определять:

а) методом непосредственной нагрузки по результатам измерений подведенной Р1 и отдаваемой Р2 мощностей;

б) косвенным методом по результатам измерений потерь.

Метод непосредственной нагрузки применим только для машин малой мощности, для остальных случаев применяется косвенный метод, как более точный и удобный. Установлено, что при 8О % измерять КПД методом непосредственной нагрузки нецелесообразно, так как он дает большую ошибку, чем косвенный метод.

6. Что такое универсальный коллекторный двигатель (УКД)? Каковы его конструктивные особенности? Укажите достоинства и недостатки УКД.

Универсальными называют коллекторные двигатели, которые могут работать как от сети постоянного, так и от сети однофазного переменного тока.

Однофазные коллекторные двигатели имеют преимуществен­но последовательное возбуждение. По своей конструкции универсальные коллекторные двигате­ли отличаются от двигателей постоянного тока тем, что их станина и главные полюсы делаются шихтованными из листовой электро­технической стали. Это дает возможность сократить магнитные потери, которые при работе двигателя от сети переменного тока повышаются, так как переменный ток в обмотке возбуждения вы­зывает перемагничивание всей магнитной цепи, включая станину и сердечники полюсов.

В универсальном коллекторном двигателе стремятся получить примерно одинаковые частоты вращения при номинальной на­грузке как на постоянном, так и на переменном токе. Достигается это тем, что обмотку возбуждения двигателя выполняют с ответв­лениями: при работе двигателя от сети постоянного тока обмотка возбуждения используется полностью, а при работе от сети пере­менного тока — частично

Основной недостаток однофазных коллекторных двигате­лей — тяжелые условия коммутации.

Универсальный коллекторный двигатель дороже двига­теля постоянного тока и имеет худшие рабочие характеристики.

Если сравнить его с асинхронным двигателем, он также выше его по стоимости и менее надежен. Но универсальный кол­лекторный двигатель имеет ряд преимуществ:

1) как и асинхронный, может работать в сети переменного тока. Это важно, потому что все коммунально-бытовые потреби­тели имеют только переменное напряжение;

2) частота вращения у асинхронного двигателя ограничена сверху — 3000 мин -1 , при частоте 50 Гц. Универсальный коллек­торный двигатель теоретически может развивать любую частоту вращения;

3) механическая характеристика у него значительно лучше (жестче), чем у асинхронного двигателя;

4) возможности регулирования частоты вращения лучше, чем у асинхронного.

Таким образом, универсальный коллекторный двигатель имеет все преимущества двигателя постоянного тока, но может работать на переменном. Этим и обусловлена область применения универсальных коллекторных двигателей: их применяют для привода бытовых электроприборов, различного электроинстру­мента и т.д.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.002 с) .

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector