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

Униполярные генераторы Униполярные генераторы позволяют получать большой постоянный ток (до 500000 А) при низком напряжении (например, в электролизных установках). Одна из схем униполярного генератора показана на рис. 5. Массивный стальной ротор / вращается в магнитном поле, которое создается неподвижными кольцевыми катушками обмотки возбуждения 2. Основной магнитный поток Ф в центральной активной части машины имеет по всей окружности одинаковую полярность, отсюда и происходит название машины. Индуктируемая в стержнях обмотки ротора при его вращении в магнитном поле э. д. с. E=Blv также имеет по всей окружности одинаковое направление. Ток с ротора снимается с помощью неподвижных щеток 3. Применение униполярных генераторов ограничено в связи с трудностями отвода тока, так как щеточный аппарат получается громоздким. В настоящее время с ротора отводят ток с помощью жидких металлов (ртуть, натрий). Униполярная индукция используется также в магнито электродинамических (МГД) генераторах. В этих генераторах вместо движущегося проводника используется поток раскаленных ионизированных газов, называемый «плазма». Рис. 5. Униполярный генератор Тяговые электродвигатели Тяговый электродвигатель (ТЭД) — электрический двигатель, предназначенный для приведения в движение транспортных средств (электровозов, электропоездов, тепловозов, трамваев, троллейбусов, электромобилей, электроходов, большегрузных автомобилей с электроприводом, танков и машин на гусеничном ходу с электропередачей, подъемно-транспортных машин, самоходных кранов и т. п.). Основное отличие ТЭД от обычных электродвигателей большой мощности заключается в условиях монтажа двигателей и ограниченном месте для их размещения. Это привело к специфичности их конструкций (ограниченные диаметры и длина, многогранные станины, специальные устройства для крепления и т. п.). Тяговые двигатели городского и железнодорожного транспорта, а также двигатели мотор-колес автомобилей эксплуатируются в сложных погодных условиях, во влажном и пыльном воздухе. Также в отличие от электродвигателей общего назначения ТЭД работают в самых разнообразных режимах (кратковременных, повторно-кратковременных с частыми пусками), сопровождающихся широким изменением частоты вращения ротора и нагрузки по току (при трогании с места может в 2 раза превышать номинальный). Кроме того ТЭД рудничных электровозов должны удовлетворять требованиям относящимся к взрывозащищенному электрооборудованию. Из-за тяжелых условий работы и жестких габаритных ограничений тяговые двигатели относят к машинам предельного использования. Коллекторный ТЭД электровозов ЧС2, ЧС3 Классификация Тяговые электродвигатели классифицируют по: роду тока (постоянного и переменного тока); типу (ДПТ, синхронные, асинхронные) системе передачи вращающего усилия от вала двигателя к движущему механизму (индивидуальный и групповой электропривод); системе вентиляции (принудительная и самовентиляция); типу подвешивания ТЭД (опорно-осевое, опорно-рамное); способу питания электроэнергией (от контактной сети и от аккумулятора); конструкции (коллекторные — бесколлекторные (бесконтактные), вращающиеся — линейные). Устройство ТЭД Тяговый электродвигатель, по сути, представляет собой электродвигатель с передачей вращающего момента на движитель транспортного средства (колесо, гусеницу или гребной винт). В конце XIX века было создано несколько моделей безредукторных ТЭД, когда якорь насаживается непосредственно на ось колёсной пары. Однако даже полное подрессоривание двигателя относительно оси не избавляло конструкцию от недостатков, приводящих к невозможности развить приемлемую мощность двигателя. Проблема была решена установкой понижающего редуктора, что дало возможность значительно увеличить мощность и развить достаточную для массового применения ТЭД на транспортных средствах силу тяги. Помимо основного режима тяговые электродвигатели могут работать в реверсивном режиме (обратное вращение вала), а также в режиме генератора (при электрическом торможении, рекуперации). Тяговый электродвигатель ДК-207А троллейбуса ЗиУ-5 Существенным моментом использования ТЭД является необходимость обеспечения плавного пуска-торможения двигателя для управления скоростью транспортного средства. Вначале регулирование силы тока осуществлялось за счёт подключения дополнительных резисторов и изменения схемы коммутации силовых цепей. С целью уйти от бесполезной нагрузки и повысить КПД стали применять импульсный ток, регулировка которого не требовала резисторов. В дальнейшем стали использоваться электронные схемы, обслуживаемые микропроцессорами (в основном MCS51). Для управления данными схемами (вне зависимости от их устройства) применяются контроллеры, управляемые человеком, определяющим требуемую скорость транспортного средства. Тяговый электродвигатель НБ-418К: 1 — остов; 2 — добавочный полюс; 3 — сердечник якоря; 4 — коробка якоря; 5, 11 — лобовые части якоря; 6 — коллектор; 7, 9 — подшипниковые щиты; 8 — вал; 10 — подшипник; 12 — компенсационная обмотка Характеристики Как правило, определяются следующие характеристики ТЭД: Электромеханические (мощность, зависимость частоты вращения якоря от силы тока и т. п.); Тепловые (зависимость температур отдельных частей ТЭД от времени при различной силе тока); Аэродинамические (характеризуют обдув двигателя). Остов В ТЭД постоянного и пульсирующего тока остов выполняет функции массивного стального магнитопровода (статора) и корпуса — основной несущей и защитной части машины. Остовы четырехполюсных двигателей чаще имеют поперечное сечение магнитного ярма и выполняются гранеными. Это обеспечивает использование габаритного пространства до 91-94 %. Обработка такого остова сложна, а масса превышает массу цилиндрического остова. Технология изготовления цилиндрических остовов проще, а точность изготовления более высока. Однако использование габаритного пространства при цилиндрической форме остова не превышает 80-83 %. На остове крепят главные и добавочные полюса, подшипниковые щиты, моторно-осевые подшипники (при опорно-осевом подвешивании двигателя). Для двигателей большой мощности все чаще принимают остовы цилиндрической формы. Длина двигателя по наружным поверхностям подшипниковых щитов при ширине колеи 1520 мм равна 1020—1085 мм в случае двусторонней передачи и 1135—1185 мм в случае односторонней. Различают четырехполюсные двигатели с вертикально-горизонтальным и диагональным расположением главных полюсов. В первом случае обеспечивается наиболее полное использование пространства (до 91—94 %), но масса остова больше, во втором это пространство используется несколько хуже (до 83— 87 %), но заметно меньше масса. Остовы цилиндрической формы при низком использовании габаритного пространства (до 79 %), но при равных условиях имеют минимальную массу. Цилиндрическая форма остова и диагональное расположение полюсов обеспечивают почти одинаковую высоту главных и добавочных полюсов. У бесколлекторных ТЭД сердечник статора полностью шихтован — набран и спрассован из изолированных листов электротехнической стали. Его скрепляют специальными стяжками-шпонками, закладываемыми в наружные пазы в нагретом состоянии. Функции несущей конструкции выполняет литой или сварной корпус, в котором закреплен комплект статора. Остовы ТЭД обычно изготавливают литыми из низкоуглеродистой стали 25Л. Только для двигателей ЭПС с использованием реостатного торможения как рабочего применяют сталь с большим содержанием углерода, обладающего большей коэрцитивной силой. На двигателях НБ-507 (электровоз ВЛ84) применены сварные остовы. Материал остова должен обладать высокими магнитными свойствами, зависящими от качества стали и отжига, иметь хорошую внутреннюю структуру после литья: без раковин, трещин, окалины и других дефектов. Предъявляют также высокие требования к качеству формовки при отливке остова. За пределами магнитного ярма конфигурация остова может сильно отличаться от конфигурации магнитного ярма из-за устройств подвешивания, вентиляции и др. По соображениям технологии толщина стенок отливки остова должна быть не менее 15-18 мм. От типа привода зависят устройства на остовах для подвешивания двигателя к раме тележки. Предусматриваются также предохранительные кронштейны для предотвращения выхода двигателя за пределы габарита и падения на путь при разрушении подвески. Для подъема и переноски остова или собранного тягового двигателя в верхней части остова предусмотрены проушины. В торцовых стенках остова имеются отверстия со стороны, противоположной коллектору,— для выхода охлаждающего воздуха, со стороны коллектора — для крепления щеткодержателей. Охлаждающий воздух в остов подается через специальные отверстия чаще всего со стороны коллектора, а иногда с противоположной стороны. Для осмотра щеток и коллектора в остове со стороны коллектора предусматривают два коллекторных люка, закрываемых крышками. Крышки люков у большинства тяговых двигателей выгнуты по дуге, что позволяет увеличить объем надколлекторного пространства. Крышки штампуют из стали Ст2 или отливают из легких сплавов. Крышки верхних коллекторных люков имеют уплотняющие войлочные прокладки, предотвращающие попадание в двигатель влаги, пыли и снега, и укреплены на остове специальными пружинными замками, а крышки нижних люков — специальными болтами с цилиндрическими пружинами. Для исключения попадания влаги в двигатель (особенно в ТЭД с самоветиляцией) тщательно уплотняют крышки коллекторных люков, выводы проводов и т. п.. Головки полюсных болтов, где это предусмотрено, заливают кабельной массой. Коллектор Коллектор ТЭД — одна из его наиболее загруженных частей. В ТЭД с карданными валами диаметры коллекторов достигают 800—900 мм при числе коллекторных пластин K=550..600, окружных скоростях 60-65 м/с и коммутационных частотах до пластин в 1 секунду. Для достижения высокого качества токосъема необходимы большая точность изготовления коллекторов, обеспечение стабильности технических свойств в эксплуатации, высокая надежность и износостойкость. Также требуется тщательный уход за ними и своевременное их техническое обслуживание. Как механическая система, коллекторы тяговых двигателей относятся к конструкциям с арочным креплением пластин. Коллекторные пластины совместно с изоляционными прокладками стянуты через изоляционные манжеты конусами коробки и нажимной шайбы по поверхностям. Силы затяжки Px вызывают радиальные силы Py и силы N, перпендикулярные к поверхности. Силы Py направлены противоположно центробежным силам и компенсируют их. Угол между боковыми поверхностями коллекторных пластин невелик, и радиальные силы Py вызывают значительные силы Pz арочного распора, нормальные к боковым поверхностям пластин. Они плотно спрессовывают коллектор. Силы арочного распора должны исключить или ограничить деормации отдельных коллекторных пластин под действием центробежных сил и сил, вызванных неравномерностями тепловых процессов. Коллектор — нормально изнашивающаяся часть машины, и поэтому высоту пластин устанавливают с учетом возможности износа по радиусу на 12-15 мм. Высоту консольной части обычно устанавливают с учетом износа на 12-15 мм. Результирующие напряжения изгиба в коллекторных пластинах при любых нормированных условиях не должны превышать МПа, в стяжных болтах напряжения растяжения МПа, давления на изоляционные конусы МПа. Предельное исполнение ТЭД вынуждает предъявлять к материалам в коллекторах повышенные требования: Холоднокатная электротехническая медь — твердость 75-85 HB, предел прочности 280 МПа, предел текучести 250 МПа на растяжение и 320 МПа на изгиб. Медь с присадками кадмия и серебра — твердость до 95-100 HB, предел прочности более 350 МПа. Изоляцию между пластинами изготавливают из коллекторного миканита КФ1 с малым содержанием клеящих веществ с усадкой при давлении более 60 МПа до 7 %. Отклонения по толщине прокладок между пластинами не должны превышать 0,05 мм, иначе нарушатся основные размеры двигателя. Миканитовые конусы (манжеты) и цилиндры коллекторов изготовляют из формовочного миканита ФФ24 или ФМ2А, слюдинита или слюдопласта электрической прочностью до 30 кВ/мм. Заключение Необходимость в специальных машинах постоянного тока появилась в основном с автоматизацией производства, а также развитием электрифицированного транспорта. Генараторные датчики – микромашины постоянного тока, используемые в преобразовании частоты вращения вала двигателя в электрический сигнал. Эту микромашину, встроенную в тахометр, независимою возбуждением, называют тахогенератором. Исполнительные двигатели используют в системах автоматического управления и регулирования. Они необходимы в преобразовании электрического сигнала в механическое перемещение. Мощность таких исполнительных двигателей, как правило, бывает 500-600 Вт. Они обязаны соответствовать таким требованиям, как высокая надежность, быстродействие, точность регулирования частоты вращения. С печатной обмоткой якоря применяют двигатели постоянного тока в качестве исполнительных двигателей. Из текстолита, стекла или же другого немагнитного материала в виде тонкого диска производят якорь, на обе стороны которого наносят печатным способом проводники обмотки якоря. Постоянными магнитами образуется магнитное поле статора и усиливается при помощи кольца из ферромагнитного материала. В последние время используют машины постоянного тока с гладким якорем. У такого якоря обмотка размещена не в пазах, а прямо на сердечнике. Такие машины располагают улучшенными характеристиками, что в свою очередь обеспечивается повышенной магнитной индукцией в воздушном зазоре между якорем и статором и меньшей индуктивностью обмотки самого якоря. Как правило, в автоматических системах необходимо усилить электрические сигналы. Часто с этой целью используют усилители, в которых энергия преобразуется при помощи транзисторов. Также распространены усилители – ЭМУ. ЭМУ представляет собой машину постоянного тока, которой на обмотку возбуждения может подаваться сигнал, подлежащий усилению. За счет употребления энергии первичного двигателя, достигается усиление. При помощи ЭМУ усиление мощности сигнала достигается в 104 – 105 раз. Конструкция электромашинного усилителя довольно таки сложная, а в объяснении принципа его работы необходимо обладать специальными знаниями. Отчего мы не станем рассматривать здесь эти вопросы. Тяговые электрические двигатели используют в различных видах электрифицированного транспорта. Часто это двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. Тем не менее, условия их работы различаются от условий работы электрических двигателей, применяемых в установках стационарного типа. Тяговые двигатели действуют в условиях нередкого пуска, резких изменений силы тока, напряжения, частоты вращения. Таким образом, тяговые двигатели соответственно обязаны располагать большим пусковым крутящим моментом (это обеспечивается благодаря последовательному возбуждению) и возможностью регулирования в обширных мерах частоты вращения. Это всё определяет специфики конструкции тяговых двигателей в различие от электрических машин общего назначения. Литература Вольдек А. И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. — 3-е изд., перераб., — Л.: Энергия, 1978 Радин В.И. Электромашинные усилители. ГЭИ, 1962 Арменский Е.В., Фалк Г.Б. Электрические микромашины. – М.: Высш. шк., 1985 Чечет Ю.С. Электрические микромашины автоматических устройств. – М.; Л.: Энергия, 1964 Копылов И.В. Электрические машины. - М., 1980 Захарченко Д. Д., Ротанов Н. А. Тяговые электрические машины. Учебник для вузов ж.-д. трансп.. — М.: Транспорт, 1991

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 /...