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

Введение Машина постоянного тока — электрическая машина для преобразования механической энергии в электрическую постоянного тока (генератор) или для обратного преобразования (двигатель). Машина постоянного тока обратима. Машины постоянного тока могут быть как с коммутацией (обычные), так и без коммутации (униполярный генератор и униполярный электродвигатель). Машины постоянного тока могут быть как с коллекторными переключателями тока (с щёточно-коллекторным переключателем), так и бесколлекторными (с электронным переключателем (вентильный электродвигатель)). Машина постоянного тока образуется из синхронной обращенной конструкции, если ее якорь снабдить коллектором, который в генераторном режиме играет роль выпрямителя, а в двигательном — преобразователя частоты. Благодаря наличию коллектора по обмотке якоря проходит переменный ток, а во внешней цепи, связанной с якорем, — постоянный. По способу возбуждения различают машины постоянного тока. От постороннего источника тока питается обмотка возбуждения в машинах с независимым возбуждением. Машиной с параллельным возбуждением называют ту машину, у которой обмотка возбуждения принимает питание от зажимов якоря и присоединена к ним параллельно. Аналогичную машину именуют машиной с последовательным возбуждением, но уже с последовательным соединением обмотки возбуждения с зажимами якоря. Две обмотки возбуждения существуют в машинах со смешанным возбуждением, одна из которых соединена с зажимами якоря параллельно, а другая последовательно. Рабочие свойства машины постоянного тока показывают её характеристики. Внешней характеристикой называют характеристику генератора, выражающую зависимость между напряжением на его зажимах и силой тока в обмотке якоря. Как стабильные, так и регулируемые напряжения можно получать в зависимости от способа возбуждения генератора. От частоты вращения вращающего момента и вращающего момента от силы тока в обмотке якоря также выражают зависимость характеристики двигателей постоянного тока. Крайнюю именуют механической характеристикой двигателя. Данные характеристики представляют, что в зависимости от способа питания обмотки возбуждения возможно в обширных пределах регулировать как частоту вращения двигателя постоянного тока, так и значение вращающего момента. Тахогенераторы постоянного тока Тахогенераторы постоянного тока — машины небольшой мощности, предназначенные для преобразования механической величины в электрический сигнал — выходное напряжение. В частности, их используют для контроля и измерения скорости вала исполнительного устройства, с которым соединен вал тахогенератора, зажимы якоря которого соединены с измерительным прибором. Помимо этого, тахогенераторы применяют в электромеханических счетно-решающих устройствах для выполнения вычислительных операций, а также в устройствах автоматической отработки генерируемых ускоряющих и успокаивающих сигналов. Тахогенераторы бывают магнитоэлектрические с возбуждением основного магнитного поля с помощью постоянных магнитов и электродинамические с электромагнитным возбуждением, обусловленным М. д. с. обмотки возбуждения, питаемой от независимого источника электрической энергии постоянного напряжения. Выходное напряжение тахогенератора в режиме холостого хода изменяется линейно в зависимости от скорости якоря, а при нагрузке эта линейность несколько нарушается, причем тем больше, чем меньшим сопротивлением обладает измерительный прибор, присоединенный к зажимам якоря. Все же для каждого тахогенератора существует относительно небольшой диапазон измеряемых скоростей, в пределах которого при определенном достаточно большом сопротивлении измерительного прибора и неизменных условиях цепи возбуждения выходную характеристику можно считать практически линейной. Существенный недостаток тахогенераторов постоянного тока — пульсация выходного напряжения из-за незначительного периодического изменения магнитного потока вследствие неравномерности воздушного зазора и неравенства проводимостей якоря в различных радиальных направлениях, в том числе обусловленных зубчатой конструкцией его магнитопровода, а также из-за вибрации щеток, неровностей и эллиптичности коллектора и коммутационных процессов — в значительной мере устранен в тахогенераторе с полым якорем, который устроен так же, как и малоинерционный исполнительный двигатель постоянного тока с аналогичным якорем. Неточность установки щеток по геометрической нейтрали коллектора тахогенсратора приводит к асимметрии выходного напряжения, т. е. к генерированию двух различных напряжений в обмотке якоря при противоположных направлениях его вращения с одинаковой скоростью. При правильном расположении щеток асимметрия напряжений находится в пределах от 0,3 до 1% номинального напряжения тахогенератора. Тахогенераторы постоянного тока по конструкции и принципу действия представляют собой электрическую машину постоянного тока всегда с независимым возбуждением, чаше всего от постоянных магнитов (рис. 1). Рис. 1. Тахогенератор постоянного тока Если учесть падение напряжения в щеточном контактеDUщ, уменьшение магнитного потока возбуждения Фо из-за размагничивающего действия поперечной реакции якоря на величину DФ, уравнение напряжение тахогенератора будет (1) где: Ia – ток якоря; rам- сопротивление обмотки якоря. Поскольку Iа = U/Rн, а DФ можно принять равным kряIа, уравнение (1) принимает вид Здесь: Rн - сопротивление нагрузки; kря - коэффициент пропорциональности между током якоря и потоком реакции якоря. Рис. 2. Выходные характеристики тахогенератора постоянного тока Решая последнее уравнение относительно U, окончательно получим (2) На рис. 2 по уравнению (2) построены выходные характеристики тахогенератора постоянного тока. Их анализ позволяет сделать следующие выводы: 1)характеристики начинаются не из нуля - появляется зона нечуствительности, в пределах которой выходное напряжение равно нулю; 2)характеристики нелинейные с различной крутизной: чем меньше сопротивление нагрузки, тем меньше крутизна. Погрешности тахогенератора. Зона нечуствительности обуславливается падением напряжения в переходном контакте между щеткой и коллектором. Для ее уменьшения применяют щетки с малым переходным сопротивлением (медно-графитовые или серебряно-графитовые), а в прецизионных тахогенераторах используют проволочные щетки с серебряным, золотым и даже платиновым покрытием. Влияние реакции якоря проявляется в нелинейности выходной характеристики. С целью ее ослабления магнитную цепь тахогенератора выполняют либо слабо, либо сильно насыщенной. И в том и в другом случае рабочая точка лежит на линейной части характеристики, где размагничивающее действие поперечной реакции якоря сказывается незначительно. Температурная погрешность связана с изменением сопротивления обмотки якоря и особенно обмотки возбуждения, если последняя имеется. (При увеличении температуры меди на 50oее сопротивление увеличивается на 20%). При увеличении сопротивления обмотки возбуждения уменьшается ток, магнитный поток и выходное напряжение тахогенератора. Температурную погрешность можно уменьшить различными путями. Например, включением последовательно с обмоткой возбуждения терморезистора, стабилизирующего сопротивление всей цепи. Достаточно эффективный способ - сильное насыщение магнитной цепи. В этом случае даже значительные колебания тока возбуждения весьма слабо отражаются на колебаниях магнитного потока возбуждения (рис. 2). Рис. 3. Причины асимметрии выходного напряжения В тахогенераторах с постоянными магнитами подобной проблемы практически не существует, а изменение сопротивления обмотки якоря приводит к очень небольшим погрешностям. Асимметрия выходного напряжения здесь возникает из-за смещения щеток с геометрической нейтрали. Как известно, при сдвиге щеток с нейтрали, возникает продольная реакция якоря, которая носит намагничивающий характер при одном направлении вращения (рис. 3, а) и размагничивающий при другом (рис. 3, б). Для устранения этой погрешности надо очень точно устанавливать и надежно закреплять щеточный узел, не допускать люфтов в щеткодержателях. Пульсация выходного напряжения является специфической погрешностью тахогенератора постоянного тока. Различают зубцовые, якорные и коллекторные пульсации. Зубцовые пульсацииобуславливаются зубчатым строением якоря, что приводит к периодическому изменению проводимости воздушного зазора. С целью устранения зубцовых пульсаций выполняют скос пазов, выбирают такую ширину полюсного наконечника, в пределах которой укладывается целое число зубцовых делений (рис. 4, а,б). Иногда применяют магнитные клинья. Рис 4. Якорные пульсации обуславливаются неравномерным воздушным зазором, неодинаковой магнитной проводимостью вдоль и поперек проката. Для ослабления этой причины выполняют относительно большой зазор, по высокому классу точности обрабатывают посадочные поверхности, применяют высококачественные подшипники, выполняют веерообразную шихтовку сердечника якоря. Коллекторные пульсации возникают из-за конечного числа коллекторных пластин, неплотного прилегания щеток, вибраций щеточного узла. Для их устранения выполняют максимально возможное число коллекторных пластин, тщательно подбирают ширину щеток, улучшают качество изготовления щеткодержателей, коллектора и т.д. Исполнительные двигатели постоянного тока Исполнительные двигатели постоянного тока — маломощные машины, используемые в автоматике и телемеханике, в системах автоматического управления, регулирования и- контроля автоматизированных установок, где они преобразуют электрический сигнал измерительного органа — напряжение управления — в угловое перемещение вала для воздействия на управляющий, регулирующий или контролирующий аппарат. В тех случаях, когда поступающий сигнал недостаточен для приведения в действие исполнительного двигателя, применяют магнитный или полупроводниковый усилитель мощности. Исполнительные двигатели обычно работают в условиях частых пусков, остановок и реверсов. Они отличаются значительным начальным пусковым моментом и быстродействием. Зависимости вращающего момента и скорости якоря от напряжения управления у них в большинстве случаев близки к линейным. В зависимости от системы питания цепей двигателя различают исполнительные двигатели с якорным управлением и с полюсным управлением. При якорном управлении обмоткой управления является обмотка якоря, в связи с чем напряжение управления подводят к ее зажимам, а неизменный ток возбуждения обеспечивает независимый источник электрической энергии постоянного напряжения. В случае полюсного управления обмоткой управления служит обмотка возбуждения главных полюсов и напряжение управления подводят к ее зажимам, а напряжение на зажимах якоря, задаваемое независимым источником электрической энергии постоянного напряжения, сохраняется неизменным . Обычно используют якорное управление. Изменение полярности напряжения управления вызывает противоположное направление вращения якоря. Исполнительные двигатели постоянного тока изготовляют номинальной мощности от долей ватта до 600 Вт нормальной и специальной конструкций. Двигатели нормальной конструкции аналогичны машинам постоянного тока общего применения, но отличаются от них тем, что станина с главными полюсами так же, как и якорь, собрана из тонких изолированных друг от друга листов электротехнической стали, что способствует улучшению свойств этих машин в переходных режимах. Кроме того, добавочные полюсы в этих машинах отсутствуют, так как реакция якоря невелика и процессы коммутации вполне удовлетворительны. Поскольку скорость якоря небольшая, вентилятор на валу таких двигателей не предусмотрен. К двигателям специальной конструкции относятся магнитоэлектрические машины с возбуждением основного магнитного поля с помощью постоянных магнитов, а также малоинерционные машины, отличающиеся конструкцией якоря. К последним относятся: двигатели с полым немагнитным якорем — полым тонкостенным цилиндром из пластмассы с запрессованной обмоткой из медного провода с внутренним неподвижным ферромагнитным магнитопроводом, укрепленным на подшипниковом щите, и менее долговечные двигатели с дисковым якорем — тонким немагнитным диском из керамики, текстолита, стекла, а иногда из алюминия с печатной обмоткой, представляющей совокупность радиально расположенных по обе стороны диска проводников из медной фольги, по которой скользят серебряно-графитные щетки. Названные конструкции отличаются малым моментом инерции якоря, что обеспечивает высокое быстродействие исполнительного двигателя. Масса исполнительных двигателей постоянного тока в 2 - 4 раза меньше, чем масса одинаковых по номинальной мощности исполнительных асинхронных двигателей, а к. п. д. их при номинальной мощности 5...10 Вт составляет около 0,3 и достигает значения 0,65 и несколько выше для двигателей номинальной мощностью 200 - 300 Вт. Несмотря на ряд существенных недостатков, связанных с наличием скользящего контакта между щеткой и коллектором, исполнительные двигатели постоянного тока широко используются в системах автоматического управления, регулирования и контроля, поскольку обладают и рядом положительных качеств, в частности такими как: плавное, широкое и экономичное регулирование частоты вращения; практическое отсутствие ограничений на максимальную и минимальную частоту вращения; большие пусковые моменты; хорошая линейность механических а при якорном управлении и регулировочных характеристик. Как и любые исполнительные двигатели, эти имеют две обмотки: обмотку возбуждения и обмотку управления. При этом напряжение управления может подаваться либо на обмотку якоря, либо на обмотку возбуждения. Поэтому различают якорное и полюсное управление. Якорное управление исполнительным двигателем Рис. 1. Схема включения исполнительного двигателя при якорном управлении Схема включения двигателя с якорным управлением показана на рис. 1. Напряжение возбуждения подается на обмотку полюсов, напряжение управления - на обмотку якоря. Коэффициент сигнала a здесь равен a = Uу/Uв. Для двигателей с постоянными магнитами a = Uу/Uу.ном. Регулирование частоты вращения осуществляется изменением напряжения управления. При отсутствии насыщения Фв= kфUв, а поскольку Uв = const, магнитный поток возбуждения также остается постоянным, т.е. Фв = const. Ток якоря где Е = сеФвn = сеkфUвn – ЭДС якоря; rа- сопротивление якорной цепи. Вращающий момент двигателя Выразим момент в относительных единицах, приняв за базовый момент пусковой момент, развиваемый двигателем при n = 0 и a = 1 Тогда относительное значение момента m = M/Mб (1) Частота вращения при холостом ходе (m = 0 и a = 1) (2) Откуда находим cеkф= 1/nо. Подставляя это значение в (1), получим ((3) где n = n/nо- относительная частота вращения двигателя. (4) Уравнение (3) есть уравнение механической характеристики исполнительного двигателя при якорном управлении. Решив его относительно n, получим уравнение регулировочной характеристики Механическая мощность в относительных единицах рмх = mn = n(a - n). Угловую скорость, при которой наступает максимум мощности, найдем известным приемом (dpмх/dn = 0), откуда nм= a/2, а максимальное значение механической мощности будет Мощность управления Приняв за базовую единицу мощность управления при коротком замыкании Ру.к (n = О, a = 1) получим мощность управления в относительных единицах Мощность возбуждения На рис. 2,а представлены механические, на рис. 2,б - регулировочные характеристики, а на рис. 3 показана зависимость рмх = f(n) исполнительного двигателя. Проанализируем свойства двигателя при якорном способе управления. Механические характеристикилинейные и параллельные, что означает независимость быстродействия от коэффициента сигнала. Пусковой момент и угловая скорость холостого хода пропорциональны коэффициенту сигнала. Рис. 2. Механические (а) и регулировочные (б) характеристики исполнительного двигателя постоянного тока при якорном управлении Рис.3. Зависимость механической мощности от скорости вращения при якорном управлении Регулировочные характеристикилинейные. Напряжение трогания пропорционально моменту нагрузки. Линейность механических и регулировочных характеристик является важным достоинством якорного управления. Мощность управления резко возрастает с увеличением коэффициента сигнала. Кроме того, она доходит до 95 % полной потребляемой мощности двигателя, поскольку является мощностью якорной цепи, что характерно для двигателей постоянного тока. В данном случае это является существенным недостатком якорного управления, ибо предполагает наличие мощных и дорогих усилителей. Мощность возбуждения остается величиной постоянной, независящей ни от коэффициента сигнала, ни от частоты вращения. К тому же - она небольшая по величине, что также характерно для машин постоянного тока. Максимум механической мощности в сильной степени зависит от коэффициента сигнала и даже при a = 1 не превышает 1/4 базовой мощности.

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 /...