Машина постоянного тока электрическая машина для преобразования механической энергии в электрическую постоянного тока (генератор) или для обратного

Полюсное управление исполнительным двигателем Рис. 4. Схема включения исполнительного двигателя при полюсном управлении Схема управления приведена на рис. 4 Напряжение управления подается на обмотку главных полюсов, напряжение возбуждения - на обмотку якоря, по которой в течение всего времени работы двигателя протекает ток возбуждения. В двигателях, мощностью более 10 Вт, для его ограничения включают дополнительное сопротивление Rд. Если пренебречь насыщением магнитной цепь, можно считать Ф = kфUу = kфaUв. Тогда ток якоря Вращающий момент Принимая за базовый момент пусковой (n = 0, a =1)) получим относительное значение момента С учетом (2) уравнение механической характеристики примет вид Решив его относительно n, получим уравнение регулировочной характеристики Механическая мощность в относительных единицах рмх= mn = an - a2n2. Скорость, при которой наступает максимум мощности nм = 0,5/a. Тогда максимальная механическая мощность будет Мощность управления Мощность возбуждения рв = UвIв. Подставляя значение тока, получим На рис. 5,а представлены механические, на рис. 5,б - регулировочные характеристики, а на рис. 6 показана зависимость рмх = f(n) исполнительного двигателя при полюсном управлении. Рис. 5. Механические (а) и регулировочные (б) характеристики исполнительного двигателя постоянного тока при полюсном управлении Проанализируем эти графики. Механические характеристики линейные, но непараллельные, к тому же и неоднозначные (одну и ту же частоту вращения можно получить при разных значениях a). Пусковой момент прямо-, а частота вращения холостого хода обратно пропорциональны коэффициенту сигнала и при малых a может существенно превышать номинальную, что безусловно опасно для двигателя. Регулировочные характеристикинелинейные, а при m < 0,5 неоднозначные. По этой причине полюсное управление используют лишь при m > 0,5. Мощность управления пропорциональна квадрату коэффициента сигнала и не зависит от частоты вращения. Она значительно меньше, чем при якорном управлении, что является достоинством данного способа. Мощность возбужденияс увеличением частоты вращения уменьшается и тем быстрее, чем больше a. Максимум механической мощности не зависит от коэффициента сигнала, что также можно отнести к достоинствам полюсного управления. Несмотря на отмеченные достоинства полюсного управления, предпочтение все-таки следует отдать якорному потому, что оно обеспечивает линейные и однозначные характеристики, в принципе исключает самоход (при полюсном он возможен из-за взаимодействия тока якоря с потоком остаточной намагниченности полюсов), обладает более высоким быстродействием, поскольку индуктивность якоря меньше индуктивности обмотки возбуждения. Машины постоянного тока с беспазовым якорем Современные системы автоматического регулирования предъявляют к исполнительным двигателям постоянного тока жесткие требования: быстродействие, максимальная точность регулирования частоты вращения, высокая коммутационная надежность. В последнее время появились двигатели, у которых- обмотку якоря располагают не в пазах, а непосредственно на сердечнике якоря. Машины с гладкими якорями обладают следующими особенностями: обмотка якоря имеет относительно меньшую индуктивность, чем обмотка, размещенная в пазах; отсутствие зубцов дает возможность значительно повысить магнитную индукцию в воздушном зазоре. Уменьшение индуктивности обмоток снижает реактивную э. д. с. в коммутируемых секциях. Наличие относительно большого немагнитного участка магнитной цепи машины уменьшает реакцию якоря, поэтому двигатели с гладким якорем имеют прямолинейные устойчивые характеристики частоты вращения и прямолинейную зависимость момента от тока якоря даже при больших перегрузках. Кроме того, вследствие отсутствия зубцов в двигателе практически отсутствуют пульсации основного магнитного потока, что очень важно при эксплуатации электродвигателя. Целесообразность применения гладкого якоря обусловлена в машинах малой мощности улучшением их характеристик, а в машинах большой мощностиобеспечением достаточной коммутационной надежность и улучшением распределения потенциалов на коллекторе. Обмотка якоря крепится либо непосредственно на изолированном сердечнике, либо в пластмассовом слое. В первом случае на изолированный сердечник укладывают пропитанные эпоксидной смолой секции якорной обмотки, которые закрепляют с помошью бандажной стеклоленты. Во втором случае на гладкой поверхности сердечника якоря устанавливают пластмассовые сегменты, в пазы которых укладывают обмотку (рпс. 1). Одна из главных проблем, возникаюших при изготовлении машин с гладкими якорями,- создание обмотки возбуждения, обеспечивающей большую н. с. при ограниченных габаритах. Применяют такие двигатели в приводах, работающих с широким регулированием частоты вращения и нагрузки (прокатные станы, подъемно-транспортные устройства). Рис. 1. Гладкий якорь с пластмассовыми сегментами до укладки обмотки Электромашинные усилители В современных производственных электроустановках широко применяют системы непрерывного автоматического регулирования и управления. Один из основных элементов этой системы - усилитель мощности. Существуют различные типы усилителей: электронные, электромагнитные и электромашинные. Последние представляют собой специальную разновидность электромашинных генераторов, которые приводятся во вращение приводными электродвигателями с п = const. Эти машины позволяют получить при малой мощности управления на выходе достаточно большую мощность за счет мощности, получаемой от приводного двигателя. Одной из основных характеристик электромашинных усилителей (ЭМУ) является коэффициент усиления мощности, равный отношению выходной электрической мощности Рг к мощности управления РуГ  (1) Важное требование к системе регулирования - наименьшее время передачи сигнала управления, но ЭМУ обладает электромагнитной инерцией, обусловленной потоком возбуждения. Быстродействие ЭМУ определяется электромагнитными постоянными времени обмоток: Т=L/R (2) где L и R - индуктивность и активное сопротивление обмоток управления. С увеличением коэффрщиента усиления возрастает также и постоянная времени усилителя. Сопоставляют усилители с различным Kу и T по коэффициенту добротности  (3) Рис. 1. Схема электромашинного усилителя с продольным полем (а) и его характеристика холостого хода (б) и называют их одноступенчатыми. В многоступенчатых усилителях происходит последовательное многократное усиление мощности. По спо(/обу возбуждения различают ЭМУ с продольным и поперечным потоком. В усилителях продольного поля основной поток возбуждения направлен по продольной оси машины. Конструктивно одноступенчатый ЭМУ с продольным потоком (рис. 1, а) представляет собой генератор параллельного возбуждения, имеющий одну обмотку независимого возбуждения, которую называют обмоткой управления (ОУ). Цепь самовозбуждения ЭМУ с обмоткой самовозбуждения (ОС) в настроенном состоянии имеет сопротивление, равное критическому или несколько превышающее его по условию возникновения процесса самовозбуждения. При этом напряжение на выходе усилителя, как генератора с самовозбуждением, равно нулю, так как вольт-амперная характеристика 2 пересекает характеристику холостого хода / в начале координат (рис. 1, б). Если в обмотке управления ОУ пропустить некоторый ток /у, то под действием ее н. с. генератор быстро самовозбудится до точки А характеристики X. X. При этом прямая займет положение 2. Электромашинные усилители с поперечным полем самые распространенные, их изготовляют обычно с неявновыраженными полюсами с 2р = 2. В обычной машине постоянного тока поперечная реакция якоря искажает поле главных полюсов и часто нарушает коммутацию, поэтому принимаются меры для ослабления поперечной реакции якоря. В ЭМУ с поперечным полем поперечный поток реакции якоря используется для получения э. д. с. Для этой цели на коллекторе помещают дополнительную пару вертикальных щеток 2, ось которых перпендикулярна оси основных горизонтальных щеток 1 (рис. 9.2). После подачи входных сигналов на обмотки управления токи этих обмоток /у создают и. с. и поток Фу, который действует в направлении поперек оси короткозамкнутых щеток /. При пересечении этого относительно небольшого потока в обмотке якоря индуктируется э. д. с, под действием которой создается ток кз. Это является первой ступенью усиления, что по существу пред ставляет Рис 2. Схема соединения обмоток ЭМУ с поперечным потоком Рис. 3. Внешние характеристики ЭМУ собой генератор независимого возбуждения, работающий в режиме к. з. Ток /„з создает поперечный поток реакции якоря Фд, который направлен вдоль оси горизонтальных щеток / и перпендикулярно к оси вертикальных щеток 2. Под действием потока Фд в обмотке якоря наводится э. д. с, приложенная между щетками 2. Если к этим щеткам подключена нагрузка, то в цепи вертикальных лхеток / возникает ток нагрузки /. Следовательно, вторая ступень усиления ЭМУ - цепи поперечных и продольных щеток. Ток нагрузки / создает продольный поток реакции якоря Ф<г, направление которого совпадает с осью вертикальных щеток 2 и является встречным по отношению к потоку Фу обмотки управления. Если не принять мер по компенсации потока Фй, машина окажется размагниченной и неработоспособной. Поэтому в станину ЭМУ обязательно укладывают компенсационную обмотку, поток которой Фк направ-,лен навстречу потоку Ф. Точную настройку компенсации осуществляют реостатом Гк, включенным параллельно компенсационной -обмотке. Для улучшения коммутации над вертикальными щетками 2, через которые проходит ток нагрузки /, устанавливаются допол-.кительные полюсы. Ввиду того, что магнитная цепь усилителя ненасыщена, напряжение и является линейной функцией тока нагрузки /, т. е. внешняя характеристика ЭМУ представляет собой прямую линию (рнс. 3). При недокомпенсации реакции якоря при увеличении нагрузки напряжение усилителя падает (кривая 1). При полной компенсации напряжение ЭМУ изменяется незначительно, только за счет изменения падения напряжения на якоре (кривая 2). При значительной перекомпенсации (кривая 3) возможно самовозбуждение усилителя, т. е. произвольный рост напряжения при постоянстве тока в обмотке управления. Общий коэффициент усиления ЭМУ с поперечным полем находится в пределах 2000-10 000, но иногда достигает 100 000. Униполярные машины постоянного тока Бурное развитие ряда отраслей промышленности и новейшей техники за последние 10-15 лет потребовало создания установок на весьма большие постоянные токи, измеряемые сотнями кило ампер. В большинстве случаев подобные установки являются низковольтными. В этих условиях для электрических униполярных машин открылись широкие перспективы практического использования, так как именно указанный тип источника позволяет сравнительно простыми и экономичными средствами генерировать без пульсаций постоянный ток большой величины. В связи с этим к униполярным генераторам был снова проявлен повышенный интерес исследователей, благодаря чему оказалась успешно решенной проблема токосъема, который долгое время сдерживал развитие униполярных машин. Использование новых жидкометаллических сплавов, обладающих низкими температурой плавления н вязкостью при высокой электрической проводимости, позволили разработать экономичные, малогабаритные токосъемные устройства, допускающие высокие плотности тока в контакте. Это дало возможность построить весьма мощные униполярные генераторы, которые сочетали лучшие качества, присущие машинам данного типа; простоту и надежность конструкции, малые габариты и высокие технико-экономические показатели, генерирование напряжения и тока без пульсаций, высокую термическую и перегрузочную способность по току, отсутствие изнашивающихся частей в силовой цепи и т. д. В последние годы за рубежом был сделан ряд уникальных установок с униполярными генераторами, в которых для съема больших тока использован жидкометаллический контакт. По характеру работы эти установки можно разделить на две группы: 1) для длительных стационарных режимов; 2) для импульсных режимов в течение сравнительно небольшого промежутка времени. Рис. 1. Генерирующая установка мощностью 60 Мет с шестью униполярными генераторами Целесообразно кратко рассмотреть назначение некоторых установок и основные данные входящих в них униполярных генераторов. Примером стационарной установки может служить агрегат, который состоит из паровой турбины и шести униполярных генераторов мощностью по 10 Мвт калдый. На рис. 1 видно, что генераторы находятся на одном валу с турбиной (по три с каждой стороны). При скорости вращения 3600 об/мин каждый генератор обеспечивает напряжение 67 в и рассчитан па длительный ток, равный 150 ка. Электрические цепи якорей при последовательном соединении позволяют получить рабочее напряжение 400 в при токе 150 кА. Подобные установки могут быть использованы в металлургической и химической промышленности, в частности для получения электролизом алюминия, меди и других металлов; для питания дуговых печей и электромагнитных насосов, перекачивающих жидкий металл; получения хлора и т. Д. Электромагнитные насосы применяются, например, с целью обеспечения циркуляции теплоносителя в атомных реакторах. Указанные униполярные генераторы построены фирмой GEC (США) и прошли испытание на заводах в г. Скенектеди, По сообщению фирмы, к. п. д. генератора весьма высок - более 98%, вес 25 т; габариты: длина - 3,56 м (включая муфты сцепления), высота-1,78 м, ширина - 2,56 м. Униполярный генератор рассчитан на работу в течение нескольких лет без остановки для ухода и ремонта. Вспомогательные агрегаты находятся вне генератора и допускают использование резервных устройств без остановки машины. На рис. 2 показаны униполярные генераторы, которые входят в силовую установку аэродинамической трубы (г. Тулахома. США) .Труба служит для испытаний в потоке горячих газов моделей управляемых снарядов и космических летательных аппаратов. Рис, 2. Силовая установка с четырьмя униполярными генераторами (по два на одном валу) для аэродинамической трубы Внешний вид машины, построенной фирмой GEC, показан на рис. 3. Униполярные генераторы в этой установке используются для зарядки индуктивной катушки, которая затем при разряде через электрическую дугу в течение 0,01 сек обеспечивает пик тока до 1000 ка. Скорость воздуха в аэродинамической трубе достигает двадцатикратной скорости звука. Рис. 3. Внешни!! вид мощного униполярного генератора фирмы GEC в настоящее время имеется целый ряд подобных униполярных генераторов, также предназначенных для импульсных режимов. Например, в Мичиганском университете для аэродинамической трубы используется генератор с номинальным током 60 ка и пиковым 300 ка. Он развивает напряжение 40 в при от-!10сительно высокой скорости вращения, равной 10 000 об/мин Другой важной областью применения мощных униполярных генераторов являются экспериментальные установки ядерной физики, главным образом для питания обмоток электромагнитов. По-видимому, они найдут применение для аналогичной цели в магнитогидродинамических генераторах. Исследовательский центр NASA (США) применяет униполярный генератор для создания сильных магнитных поле!! (до 10 вб/м). Форсирование возбуждения генератора позволяет достигнуть максимального тока в 300 ка за 1 сек. Уникальный униполярный генератор вертикального тина (рис. 4) был построен и испытан в Австралийском национальном университете (г. Канберра). Генератор предназначен для питания обмоток магнитов протон-синхротрона на 10 млрд, :Электрон-вольт [71]. В импульсном режиме он способен обеспечить ток до 1600 ка при начальном напряжении 800 в. Генератор имеет два доскообразных ротора диаметром около 3,54 м и весом 40 т каждый, которые раскручиваются в противоположных направлениях до скорости 900 об1мин. 0бн1ин вес машины очень большой- 1500 т. Выше были рассмотрены только наиболее мощные современные установки, где нашли применение униполярные генераторы. Кроме того, имеется большое количество индивидуальных униполярных машин (включая двигатели) на относительно меньшие токи, отличающиеся специфическими параметрами (высокоскоростные, на повышенное напряжение - до 550 в. с малым моментом инерции и т.д.). Их практическое использование Может бытъ весьма разнообразным, например цель исследования коммутационной аппаратуры, в качестве двигателе при питании от низковольтных источников, а также в виде датчиков напряжения без пульсаций для шлейфов осциллографа взамен тахогенераторов и т.д. Рис 4 Внешиий вид импульсного униполярного генератора Австралийского национального университета

Похожие:

	Реферат По дисциплине: «Устройство автомобиля» На тему: Генераторы переменного тока Генератор служит для преобразования меха­нической энергии в электрическую, не­обходимую для питания всех приборов электрооборудования...		Рефераты публикуемых статей О роли многоподстанционных передач постоянного тока в развитии системообразующей сети еэс россии. Ершевич В. В., Кощеев Л. А. – Исследования...
	Рефераты публикуемых статей О роли многоподстанционных передач постоянного тока в развитии системообразующей сети еэс россии. Ершевич В. В., Кощеев Л. А. – Исследования...		Рефераты публикуемых статей Проблемы создания асу тп преобразовательных подстанций, электропередач и вставок постоянного тока. Асанбаев Ю. А. – Автоматизированные...
	Ю. С. Крайчик Известия нии постоянного тока, №57, 2000, с. 3 Общие зависимости между режимными параметрами на входах вентильной части преобразователей. Ю. С. Крайчик – Известия нии постоянного...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Образовательные расширить знания учащихся о работе тока, его действиях, потребителях тока. Сформировать понятие мощности постоянного...
	Конспект урока по теме "Законы постоянного тока". Место работы: мбоу... ПК, что позволяет использовать компьютер на различных этапах урока: на этапе объяснения используются презентации, обучающие диски,...		Конспект урока по теме "Законы постоянного тока". Место работы: моу... ПК, что позволяет использовать компьютер на различных этапах урока: на этапе объяснения используются презентации, обучающие диски,...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Изучение законов последовательного соединения проводников в цепи постоянного электрического тока		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель урока: создать условия для выявления учащимися закономерностей в цепи постоянного тока при параллельном и последовательном соединении...
	Дипломный проект тема Электропоезд постоянного тока с импульсным регулированием Объектом исследования является силовая схема электропоезда с импульсной системой регулирования напряжения на тяговых двигателях		Реферат Дипломный проект с. 114, рис. 4, табл. 17, источников 15, прил. 4 Целью работы является проектирование основного электровозного депо пассажирских электровозов постоянного тока серии чс
	Реферат Дипломный проект  137 с., 49 рис., 33 табл., 23 источников ...		Рефераты публикуемых работ Эффективность использования электропередач и вставок постоянного тока в еэс СССР. Зейлигер А. Н., Кощеев Л. А., Шмелькин Б. М. –...
	Рефераты публикуемых статей Анализ систем защиты от перенапряжений в каскадно-мостовых преобразователях ппт. Дайновский Р. А. – Исследования и разработки мощных...		Урок по теме "Законы постоянного тока" Примерная программа среднего (полного) общего образования по истории Базовый уровень // Сборник нормативных документов. История /...