Каково назначение обмотки возбуждения в генераторе постоянного тока

Каково назначение обмотки возбуждения в генераторе постоянного тока

Назначение и устройство синхронных генераторов

Синхронный генератор состоит из двух основных частей: неподвижного статора (якоря) с помещенной в нем обмоткой и подвижного (вращающегося) ротора (индуктора) с обмоткой возбуждения. Назначение обмотки возбуждения состоит в том, чтобы создать в генераторе первичное магнитное поле для наведения в обмотке статора электродвижущей силы (э. д. е)… Если ротор сихронного генератора привести во вращение с некоторой скоростью V и возбудить от источника постоянного тока, то поток возбуждения будет пересекать проводники обмотки статора и в фазах обмотки будут индуктироваться переменные э. д. с. При подключении нагрузки к данной обмотке в ней возникнет вращающееся магнитное поле. Это поле статора генератора будет вращаться в направлении, вращения поля ротора и с такой же скоростью, как поле ротора, в результате чего образуется общее вращающееся магнитное поле.

Скорость вращения магнитного поля синхронного генератора зависит от числа пар полюсов. При заданной частоте чем больше число пар полюсов, тем меньше скорость вращения магнитного поля, т.е. скорость вращения магнитного поля обратно пропорциональна числу пар полюсов. Так, например, при заданной частоте /=50 гц скорость вращения магнитного поля равна 3000 об/мин при числе пар полюсов р= 1, 1500 об/мин при р = 2V 1000 об/мин при р = 3 и т. д.

Статор генератора (рис. 1, а) состоит из сердечника, набранного из тонких листов электротехнической стали. Для ограничения вихревых токов листы стали изолированы пленкой лака толщиной 0,08-0,1 мм и прочно спрессованы в виде пакета, называемого пакетом активной стали. В каждом листе стали, выштампованы фигурные вырезы, благодаря чему в пакете, собранном из таких листов, образуются пазы, в которые и укладывается обмотка. Пазы для повышения электрической прочности обмотки и предохранения ее от механических -повреждений изолированы листами электрокартона с лакотканью или миканита. Пакет активной стали укреплен в чугунной или стальной станине генератора.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Ротор синхронного генератора конструктивно может быть выполнен явнополюсным и неявнополюсным.

Явнополюсный ротор (рис. 1, б) имеет выступающие или, как говорят, явновыраженные полюсы. Такие роторы применяют в тихоходных генераторах со скоростью вращения не более 1000 об/мин. Сердечники полюсов этих роторов набирают обычно из листов электротехнической стали толщиной 1-2 мм, которые прочно скрепляют в пакет стяжными шпильками. На валу ротора полюсы крепят болтами или при помощи Т-образного хвостовика полюса, укрепляемого в специальных пазах, профре-зерованных в стальном теле ротора.

Обмотку возбуждения наматывают изолированным медным проводом соответствующего сечения. В роторах синхронных генераторов, предназначенных для работы в электроустановках, где в качестве первичных двигателей применяются дизели, предусматривается так называемая успокоительная обмотка. Успокоительная или как еще ее называют демпферная обмотка служит для успокоения свободных колебаний, возникающих при внезапных изменениях режима работы синхронных генераторов (резкие сбросы нагрузки, падение напряжения, изменение тока возбуждения и др.), особенно в тех случаях, когда несколько генераторов работают параллельно на общую сеть.

Неявнополюсным называют ротор, имеющий вид цилиндра без выступающих полюсов. Такие роторы выполняют обычно двух- или четырехполюсными.

Явнополюсные роторы для быстроходных машин не применяют из-за сложности изготовления крепления полюсов, способных выдерживать большие центробежные усилия.

Неявнополюоный ротор (рис. 1, в) состоит из вала и стальной поковки с профрезерованными в ней пазами, в которые уложена обмотка возбуждения. В остальном неявнополюсный ротор конструктивно выполнен так же, как и явнополюсный.

Конструкция проводников роторной обмотки выбирается в зависимости от типа ротора: для обмоток явнополюсных роторов применяют прямоугольные или круглые изолированные провода, а также голые медные полосы, гнутые на ребро и изолированные полосками миканита; обмотки неявнополюсных роторов выполняют из изолированных витков плоской твердокатаной меди, укладываемых в изолированные пазы роторов.

Концы обмотки ротора (индуктора) выведены и присоединены к контактным кольцам на валу ротора. К индуктору подводится постоянный ток от какого-либо внешнего источника. В качестве источника тока возбуждения синхронных генераторов мощностью до 20 кет применяют полупроводниковые выпрямители, а для более мощных генераторов — специальные машины постоянного тока (возбудители), помещаемые обычно на общем валу с ротором генератора или механически соединяемые с генератором посредством полумуфт. Возбудитель представляет собой генератор постоянного тока, мощность которого, как правило, составляет 1-3% номинальной мощности питаемого им генератора. Номинальное напряжение возбудителей невелико и у синхронных генераторов средней мощности не превышает 150 в. Постоянный ток для возбуждения синхронных генераторов может быть получен с помощью ртутных, полупроводниковых или механических выпрямителей. Для возбуждения синхронных генераторов мощностью до 20 кет чаще всего применяют селеновые или германиевые выпрямители.

Ток возбуждения в проходит от источника до индуктора по следующему пути: источник постоянного тока — неподвижные щетки на контактных кольцах, контактные кольца ротора — обмотки полюсов индуктора. Этот путь показан схематически на рис. 1, а. Синхронный генератор обладает свойством обратимости, т.е. может работать и в качестве электродвигателя, если обмотку его статора присоединить к сети трехфазного переменного тока.

Источник

Обмотки возбуждения машин постоянного тока

Конструкция обмоток возбуждения машин постоянного тока определяется мощностью машины, схемой ее возбуждения и назначением обмоток: обмотки главных полюсов параллельного и последовательного возбуждения и дополнительных полюсов.

Обмотки параллельного возбуждения в большинстве машин наматываются из круглого изолированного провода и имеют много витков (рис. 4.39). В крупных машинах постоянного тока их наматывают из прямоугольного изолированного провода обычно в несколько рядов.

Для обмоток последовательного воз-

буждения и дополнительных полюсов круглый обмоточный провод используют лишь в машинах малой мощности с номинальным током, не превышающим 10—15 А. В машинах с большим номинальным током катушки наматывают из изолированного прямоугольного провода и в машинах большой мощности — из неизолированной шинной меди (рис. 4.40).

В машинах смешанного возбуждения или параллельного со стабилизирующей обмоткой катушки параллельного и последовательного возбуждения устанавливают на главных полюсах друг над другом. Часто многовитковую катушку параллельного возбуждения делят на две части (рис. 4.41) и располагают между ними катушку стабилизирующей обмотки.

Рис. 4.39. Главные и добавочные полюсы с обмотками возбуждения машин постоянного тока:

а — в машинах малой мощности; 6 — в машинах

средней мощности; / — обмотка параллельного

возбуждения; 2 — обмотка добавочных полюсов

Рис. 4.40. Обмотки добавочных полюсов

машин постоянного тока средней и большой

а — при большом числе витков в катушке; б — при малом числе витков в катушке

Рис. 4.41. Катушки возбуждения главных полюсов: 1 — обмотки параллельного возбуждения; 2 — обмотки последовательного возбуждения

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Обмотка — возбуждение — генератор — постоянный ток

Обмотка возбуждения генератора постоянного тока питается через выпрямительный мост от магнитного усилителя. Магнитный усилитель двухтактный, однофазный, соединенный для питания нагрузки по мостовой схеме с внутренней обратной связью, имеет две обмотки управления: независимую и отрицательной обратной связи по напряжению генератора. [1]

Обмотка возбуждения генератора постоянного тока питается через выпрямительный мост от магнитного усилителя. Магнитный усилитель двухтактный, однофазный, соединенный для питания нагрузки по мостовой схеме с внутренней обратной связью, имеет две обмотки управления: независимую и обмотку отрицательной обратной связи по напряжению генератора. [2]

При осмотре обмотки возбуждения генератора постоянного тока особое внимание обращают на крепление полюсов к корпусу, а также на крепление катушек на полюсах, токопроводов и выводных концов. Контролируют, чтобы катушки обмотки возбуждения были намотаны ровной плотно, без пропусков, пересечений и схлестывания проводов. Вводные концы катушек закрепляют ленточным бандажом. [3]

Источником питания обмотки возбуждения генератора постоянного тока с параллельным возбуждением является сам генератор. При этом обмотка возбуждения рассчитывается так, чтобы при нормальной частоте вращения якоря и нормальном токе нагрузки ток возбуждения / создавал необходимый для нормальной работы машины магнитный поток. Процесс самовозбуждения генератора происходит следующим образом. При разомкнутой обмотке возбуждения и вращении якоря в обмотке якоря создается ЭДС Д ст, обусловленная остаточным магнитным потоком. С / вом, Напряжение на зажимах генератора UEocr будет оставаться до тех пор, пока не будет подано питание в цепь обмотки возбуждения. [4]

Тв — постоянная времени обмотки возбуждения генератора постоянного тока ; Тг — постоянная времени обмотки возбуждения СГ; kB — передаточный коэффициент возбудителя. [5]

Поясните, почему при отсутствии тока в обмотке возбуждения генератора постоянного тока с параллельным возбуждением имеет место ЭДС на его зажимах. [6]

Ранее уже отмечалось, что при питании однополу-периодных магнитных усилителей синусоидальным напряжением, как это показано на рис. 7 — 3 и 7 — 4, диапазон изменения угла зажигания не превышает 100 — 110, Если ионный преобразователь питает обмотку возбуждения генератора постоянного тока реверсивного привода по системе генератор — двигатель и нужно обеспечить как быстрое нарастание, так и быстрое снижение тока возбуждения, то необходимо иметь возможность рекуперировать в сеть электромагнитную энергию, запасенную в нагрузке. [7]

Прежде чем к зажимам генератора подключать нагрузочное сопротивление R, генератор необходимо возбудить, т.е. создать на его зажимах необходимое для нормальной работы напряжение. Источником питания обмотки возбуждения генератора постоянного тока с параллельным возбуждением является сам генератор. При этом обмотка возбуждения рассчитывается так, чтобы при нормальной частоте вращения якоря и нормальном токе нагрузки ток возбуждения h создавал необходимый для нормальной работы машины магнитный поток. Процесс самовозбуждения генератора происходит следующим образом. При разомкнутой обмотке возбуждения и вращении якоря в обмотке якоря создается ЭДС Еост, обусловленная остаточным магнитным потоком. Напряжение на зажимах генератора U ЕЖт будет оставаться до тех пор, пока не будет подано питание в цепь обмотки возбуждения. [8]

Выходное напряжение с электронного усилителя t / у подается на вторую обмотку управления ОУг электромашинного усилителя с поперечным полем ЭМУ. С выхода ЭМУ напряжение f / эму подается на обмотку возбуждения ОВГ генератора постоянного тока Г, а с его выхода напряжение f / r — на обмотку якоря электродвигателя. [9]

Тахогенератор может быть связан с валом электродвигателя ременной передачей. Сигнал ошибки vr-v 0 усиливается электронным усилителем и в виде напряжения Vy подается на обмотку возбуждения генератора постоянного тока . Якорь генератора вращается с постоянной скоростью со, сообщаемой ему дизелем. Напряжение генератора v подается на якорную обмотку двигателя и для последнего играет роль управляющего сигнала, а ток i в обмотке возбуждения двигателя поддерживается постоянным. [10]

Если энергия магнитного поля, запасенная в катушке, достаточно велика, то вольтметр может быть сожжен. Во избежание возникновения больших перенапряжений при отключении цепей постоянного тока, обладающих большой индуктивностью, например, обмоток возбуждения генераторов постоянного тока , эти цепи предварительно замыкают на малое сопротивление. [11]

Их якоря муфтами соединены с ротором синхронного генератора. Мощность обмотки возбуждения генераторов постоянного тока составляет 0 2 — 5 % мощности генератора. Поэтому мощность управления в каскадной схеме из двух генераторов постоянного тока ( рис. 4.86, а) составляет несколько процентов мощности возбуждения синхронного генератора. [13]

Источник

Генератор постоянного тока: устройство, принцип работы, классификация

На заре электрификации генератор постоянного тока оставался безальтернативным источником электрической энергии. Довольно быстро эти альтернаторы были вытеснены более совершенными и надёжными трехфазными генераторами переменного тока. В некоторых отраслях постоянный ток продолжал быть востребованным, поэтому устройства для его генерации совершенствовались и развивались.

Даже в наше время, когда изобретены мощные выпрямительные устройства, актуальность генераторов постоянного электротока не потерялась. Например, они используются для питания силовых линий на городском электротранспорте, используемых трамваями и троллейбусами. Такие генераторы по-прежнему используют в технике электросвязи в качестве источников постоянного электротока в низковольтных цепях.

Устройство и принцип работы

В основе действия генератора лежит принцип, вытекающий из закона электромагнитной индукции. Если между полюсами постоянного магнита поместить замкнутый контур, то при вращении он будет пересекать магнитный поток (см. рис. 1). По закону электромагнитной индукции в момент пересечения индуцируется ЭДС. Электродвижущая сила возрастает по мере приближения проводника к полюсу магнита. Если к коллектору (два жёлтых полукольца на рисунке) подсоединить нагрузку R, то через образованную электрическую цепь потечёт ток.

Рис. 1. Принцип действия генератора постоянного тока

По мере выхода витков рамки из зоны действия магнитного потока ЭДС ослабевает и приобретает нулевое значение в тот момент, когда рамка расположится горизонтально. Продолжая вращение контура, его противоположные стороны меняют магнитную полярность: часть рамки, которая находилась под северным полюсом, занимает положение над южным магнитным полюсом.

Величины ЭДС в каждой активной обмотке контура определяются по формуле: e₁ = Blvsinw t; e₂ = -Blvsinw t; , где B – магнитная индукция, l – длина стороны рамки, v – линейная скорость вращения контура, t – время, w t – угол, под которым рамка пересекает магнитный поток.

При смене полюсов меняется направление тока. Но благодаря тому, что коллектор поворачивается синхронно с рамкой, ток на нагрузке всегда направлен в одну сторону. То есть рассматриваемая модель обеспечивает выработку постоянного электричества. Результирующая ЭДС имеет вид: e = 2Blvsinw t, а это значит, что изменение она подчиняется синусоидальному закону.

Строго говоря, данная конструкция обеспечивает только полярность неподвижных щеток, но не устраняет пульсации ЭДС. Поэтому график сгенерированного тока имеет вид, как показано на рис.2.

Рисунок 2. График тока, выработанного примитивным генератором

Такой ток, за исключением редких случаев, не пригоден для использования. Приходится сглаживать пульсации до приемлемого уровня. Для этого увеличивают количество полюсов постоянных магнитов, а вместо простой рамки используют более сложную конструкцию – якорь, с большим числом обмоток и соответствующим количеством коллекторных пластин (см. рис. 3). Кроме того, обмотки соединяются разными способами, о чём речь пойдёт ниже.

Рис. 3. Ротор генератора

Якорь изготавливается из листовой стали. На сердечниках якоря имеются пазы, в которые укладываются несколько витков провода, образующего рабочую обмотку ротора. Проводники в пазах соединены последовательно и образуют катушки (секции), которые в свою очередь через пластины коллектора создают замкнутую цепь.

С точки зрения физики процесса генерации не имеет значения, какие детали вращаются – обмотки контура или сам магнит. Поэтому на практике якоря для маломощных генераторов делают из постоянных магнитов, а полученный переменный ток выпрямляют диодными мостами и другими схемами.

И напоследок: если на коллектор подать постоянное напряжение, то генераторы постоянного тока могут работать в режиме синхронных двигателей.

Конструкция двигателя (он же генератор) понятна из рисунка 4. Неподвижный статор состоит из двух сердечников полюсов, состоящих из ферримагнитных пластин, и обмоток возбуждения, соединённых последовательно. Щётки расположены по одной линии друг против друга. Для охлаждения обмоток используется вентилятор.

Классификация

Различают два вида генераторов постоянного тока:

• с независимым возбуждением обмоток;
• с самовозбуждением.

Для самовозбуждения генераторов используют электричество, вырабатываемое самим устройством. По принципу соединения обмоток якоря самовозбуждающиеся альтернаторы с делятся на типы:

• устройства с параллельным возбуждением;
• альтернаторы с последовательным возбуждением;
• устройства смешанного типа (компудные генераторы).

Рассмотрим более подробно особенности каждого типа соединения якорных обмоток.

С параллельным возбуждением

Для обеспечения нормальной работы электроприборов, требуется наличие стабильного напряжения на зажимах генераторов, не зависящее от изменения общей нагрузки. Задача решается путём регулировки параметров возбуждения. В альтернаторах с параллельным возбуждением выводы катушки подключены через регулировочный реостат параллельно якорной обмотке.

Реостаты возбуждения могут замыкать обмотку «на себя». Если этого не сделать, то при разрыве цепи возбуждения, в обмотке резко увеличится ЭДС самоиндукции, которая может пробить изоляцию. В состоянии, соответствующем короткому замыканию, энергия рассеивается в виде тепла, предотвращая разрушение генератора.

Электрические машины с параллельным возбуждением не нуждаются во внешнем источнике питания. Благодаря наличию остаточного магнетизма всегда присутствующего в сердечнике электромагнита происходит самовозбуждение параллельных обмоток. Для увеличения остаточного магнетизма в катушках возбуждения сердечники электромагнитов делают из литой стали.

Процесс самовозбуждения продолжается до момента, пока сила тока не достигнет своей предельной величины, а ЭДС не выйдет на номинальные показатели при оптимальных оборотах вращения якоря.

Достоинство: на генераторы с параллельным возбуждением слабо влияют токи при КЗ.

С независимым возбуждением

В качестве источника питания для обмоток возбуждения часто используют аккумуляторы или другие внешние устройства. В моделях маломощных машин используют постоянные магниты, которые обеспечивают наличие основного магнитного потока.

На валу мощных генераторов расположен генератор-возбудитель, вырабатывающий постоянный ток для возбуждения основных обмоток якоря. Для возбуждения достаточно 1 – 3% номинального тока якоря и не зависит от него. Изменение ЭДС осуществляется регулировочным реостатом.

Преимущество независимого возбуждения состоит в том, что на возбуждающий ток никак не влияет напряжение на зажимах. А это обеспечивает хорошие внешние характеристики альтернатора.

С последовательным возбуждением

Последовательные обмотки вырабатывают ток, равен току генератора. Поскольку на холостом ходе нагрузка равна нулю, то и возбуждение нулевое. Это значит, что характеристику холостого хода невозможно снять, то есть регулировочные характеристики отсутствуют.

В генераторах с последовательным возбуждением практически отсутствует ток, при вращении ротора на холостых оборотах. Для запуска процесса возбуждения необходимо к зажимам генератора подключить внешнюю нагрузку. Такая выраженная зависимость напряжения от нагрузки является недостатком последовательных обмоток. Такие устройства можно использовать только для питания электроприборов с постоянной нагрузкой.

Со смешанным возбуждением

Полезные характеристики сочетают в себе конструкции генераторов со смешанным возбуждением. Их особенности: устройства имеют две катушки – основную, подключённую параллельно обмоткам якоря и вспомогательную, которая подключена последовательно. В цепь параллельной обмотки включён реостат, используемый для регулировки тока возбуждения.

Процесс самовозбуждения альтернатора со смешанным возбуждением аналогичен тому, который имеет генератор с параллельными обмотками (из-за отсутствия начального тока последовательная обмотка в самовозбуждении не участвует). Характеристика холостого хода такая же, как у альтернатора с параллельной обмоткой. Это позволяет регулировать напряжения на зажимах генератора.

Смешанное возбуждение сглаживает пульсацию напряжения при номинальной нагрузке. В этом состоит главное преимущество таких альтернаторов перед прочими типами генераторов. Недостатком является сложность конструкции, что ведёт к удорожанию этих устройств. Не терпят такие генераторы и коротких замыканий.

Технические характеристики генератора постоянного тока

Работу генератора характеризуют зависимости между основными величинами, которые называются его характеристиками. К основным характеристикам можно отнести:

• зависимости между величинами при работе на холостом ходе;
• характеристики внешних параметров;
• регулировочные величины.

Некоторые регулировочные характеристики и зависимости холостого хода мы раскрыли частично в разделе «Классификация». Остановимся кратко на внешних характеристиках, которые соответствуют работе генератора в номинальном режиме. Внешняя характеристика очень важна, так как она показывает зависимость напряжения от нагрузки, и снимается при стабильной скорости оборотов якоря.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением выглядит следующим образом: это кривая, зависимости напряжения от нагрузки (см. рис. 5). Как видно на графике падение напряжения наблюдается, но оно не сильно зависит от тока нагрузки (при сохранении скорости оборотов двигателя, вращающего якорь).

Рис. 5. Внешняя характеристика ГПТ

В генераторах с параллельным возбуждением зависимость напряжения от нагрузки сильнее выражена (см. рис. 6). Это связано с падением тока возбуждения в обмотках. Чем выше нагрузочный ток, тем стремительнее будет падать напряжение на зажимах генератора. В частности, при постепенном падении сопротивления до уровня КЗ, напряжение падёт до нуля. Но резкое замыкание в цепи вызывает обратную реакцию генератора и может быть губительным для электрической машины этого типа.

Рис. 6. Характеристика ГПТ с параллельным возбуждением

Увеличение тока нагрузки при последовательном возбуждении ведёт к росту ЭДС. (см. верхнюю кривую на рис. 7). Однако напряжение (нижняя кривая) отстаёт от ЭДС, поскольку часть энергии расходуется на электрические потери от присутствующих вихревых токов.

Рис. 7. Внешняя характеристика генератора с последовательным возбуждением

Обратите внимание на то, что при достижении своего максимума напряжение, с увеличением нагрузки, начинает резко падать, хотя кривая ЭДС продолжает стремиться вверх. Такое поведение является недостатком, что ограничивает применение альтернатора этого типа.

В генераторах со смешанным возбуждением предусмотрены встречные включения обеих катушек – последовательной и параллельной. Результирующая намагничивающая сила при согласном включении равна векторной сумме намагничивающих сил этих обмоток, а при встречном – разнице этих сил.

В процессе плавного увеличении нагрузки от момента холостого хода до номинального уровня, напряжение на зажимах будет практически постоянным (кривая 2 на рис. 8). Увеличение напряжения наблюдается в том случае, если количество проводников последовательной обмотки будет превышать количество витков соответствующее номинальному возбуждению якоря (кривая 1).

Изменение напряжения для случая с меньшим числом витков в последовательной обмотке, изображает кривая 3. Встречное включение обмоток иллюстрирует кривая 4.

Рис. 8. Внешняя характеристика ГПТ со смешанным возбуждением

Генераторы со встречным включением используют тогда, когда необходимо ограничить токи КЗ, например, при подключении сварочных аппаратов.

В нормально возбуждённых устройствах смешанного типа ток возбуждения постоянный и от нагрузки почти не зависит.

Реакция якоря

Когда к генератору подключена внешняя нагрузка, то токи в его обмотке образуют собственное магнитное поле. Возникает магнитное сопротивление полей статора и ротора. Результирующее поле сильнее в тех точках, где якорь набегает на полюсы магнита, и слабее там, где он с них сбегает. Другими словами якорь реагирует на магнитное насыщение стали в сердечниках катушек. Интенсивность реакции якоря зависит от насыщения в магнитопроводах. Результатом такой реакции является искрение щёток на коллекторных пластинах.

Снизить реакцию якоря можно путём применения компенсирующих дополнительных магнитных полюсов или сдвигом щёток с осевой линии геометрической нейтрали.

Среднее значение электродвижущей силы пропорционально магнитному потоку, количеству активных проводников в обмотках и частоте вращения якоря. Увеличивая или уменьшая указанные параметры можно управлять величиной ЭДС, а значит и напряжением. Проще всего, желаемого результата можно достичь путём регулировки частоты вращения якоря.

Мощность

Различают полную и полезную мощность генератора. При постоянной ЭДС полная мощность пропорциональна току: P = EI_a. Отдаваемая в цепь полезная мощность P₁ = UI.

Важной характеристикой альтернатора является его КПД – отношение полезной мощности к полной. Обозначим данную величину символом η_e. Тогда: η_e=P₁/P.

На холостом ходе η_e = 0. максимальное значение КПД – при номинальных нагрузках. Коэффициент полезного действия в мощных генераторах приближается к 90%.

Применение

До недавнего времени использование тяговых генераторов постоянного тока на ж/д транспорте было безальтернативным. Однако уже начался процесс вытеснения этих генераторов синхронными трёхфазными устройствами. Переменный ток, синхронного альтернатора выпрямляют с помощью выпрямительных полупроводниковых установок.

На некоторых российских локомотивах нового поколения уже применяют асинхронные двигатели, работающие на переменном токе.

Похожая ситуация наблюдается с автомобильными генераторами. Альтернаторы постоянного тока заменяют асинхронными генераторами, с последующим выпрямлением.

Пожалуй, только передвижные сварочные аппараты с автономным питанием неизменно остаются в паре с альтернаторами постоянного тока. Не отказались от применения мощных генераторов постоянного тока также некоторые отрасли промышленности.

Видео по теме

Источник

Каково назначение обмотки возбуждения машины постоянного тока

Ток, протекающий в обмотке возбуждения основных полюсов, создает магнитный поток . Электрические машины постоянного тока следует различать по способу возбуждения и схеме включения обмотки возбуждения.

Генераторы постоянного тока могут выполняться с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. Следует заметить, что теперь применение в качестве источников энергии генераторов постоянного тока очень ограничено.

Обмотка возбуждения генератора постоянного тока с независимым возбуждением получает питание от независимого источника — сети постоянного тока, специального возбудителя , преобразователя и др. (рис. 1, а). Эти генераторы применяются в мощных системах, когда напряжение возбуждения должно быть выбрано отличным от напряжения генератора, в системах регулирования скорости вращения двигателей, которые питаются от генераторов и других источников.

Значение тока возбуждения мощных генераторов составляет 1,0—1,5% от тока генераторов и до десятков процентов для машин мощностью порядка десятков ватт.

Рис. 1. Схемы генераторов постоянного тока: а — с независимым возбуждением; б — с параллельным возбуждением; в — с последовательным возбуждением; г — со смешанным возбуждением П — потребители

У г енератора с параллельным возбуждением обмотка возбуждения включается на напряжение самого генератора (смотрите рис. 1,б). Ток якоря I я равен сумме токов нагрузки I п и тока возбуждения I в: I я = I п + I в

Генераторы выполняются обычно для средних мощностей.

Обмотка возбуждения генератора с последовательным возбуждением включена последовательно в цепь якоря и обтекается током якоря (рис. 1, в). Процесс самовозбуждения генератора протекает очень бурно. Такие генераторы практически не используются. В самом начале развития энергетики применялась система передачи энергии с последовательно включенными генераторами и двигателями последовательного возбуждения.

Генератор со смешанным возбуждением имеет две обмотки возбуждения — параллельную ОВП и последовательную ОВС обычно с согласным включением (рис. 1, г). Параллельная обмотка может быть включена до последовательной («короткий шунт») или после нее («длинный шунт»). МДС последовательной обмотки обычно невелика и рассчитана только на компенсацию падения напряжения в якоре при нагрузке. Такие генераторы теперь также практически не применяются.

Схемы возбуждения двигателей постоянного тока подобны схемам для генераторов. Двигатели постоянного тока большой мощности выполняются обычно с независимым возбуждением . У двигателей параллельного возбуждения обмотка возбуждения получает питание от того же источника энергии, что и двигатель. Обмотка возбуждения включается непосредственно на напряжение источника энергии, чтобы не сказывалось влияние падения напряжения в пусковом сопротивлении (рис. 2).

Рис. 2. Схема двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Ток сети Ic составляется из тока якоря I я и тока возбуждения I в.

Схема двигателя последовательного возбуждения подобна схеме на рис. 1, в. Благодаря последовательной обмотке вращающий момент при нагрузке возрастает больше, чем у двигателей параллельного возбуждения, при этом скорость вращения уменьшается. Это свойство двигателей определяет их широкое применение в приводах электровозной тяги: в магистральных электровозах, городском транспорте и др. Падение напряжения в обмотке возбуждения при номинальном токе составляет единицы процентов от номинального напряжения.

Двигатели смешанного возбуждения из-за наличия последовательной обмотки в некоторой мере имеют свойства двигателей последовательного возбуждения. В настоящее время они практически не применяются. Двигатели параллельного возбуждения иногда выполняются со стабилизирующей (последовательной) обмоткой, включаемой согласно с параллельной обмоткой возбуждения, для обеспечения более спокойной работы при пиках нагрузки. МДС такой стабилизирующей обмотки невелика — единицы процентов от основной МДС.

Назначение. Машины постоянного тока применяют в качестве электродвигателей и генераторов. Электродвигатели постоянного тока имеют хорошие регулировочные свойства, значительную перегрузочную способность и позволяют получать как жесткие, так и мягкие механические характеристики. Поэтому их широко используют для привода различных механизмов в черной металлургии (прокатные станы, кантователи, роликовые транспортеры), на транспорте (электровозы, тепловозы, электропоезда, электромобили), в грузоподъемных и землеройных устройствах (краны, шахтные подъемники, экскаваторы), на морских и речных судах, в металлообрабатывающей, бумажной, текстильной, полиграфической промышленности и др. Двигатели небольшой мощности применяют во многих системах автоматики.

Конструкция двигателей постоянного тока сложнее и их стоимость выше, чем асинхронных двигателей. Однако в связи с широким применением автоматизированного электропривода и тиристорных преобразователей, позволяющих питать электродвигатели постоянного тока регулируемым напряжением от сети переменного тока, эти электродвигатели широко используют в различных отраслях народного хозяйства.

Генераторы постоянного тока ранее широко использовались для питания электродвигателей постоянного тока в стационарных и передвижных установках, а также как источники Электрической энергии для заряда аккумуляторных батарей, питания электролизных и гальванических ванн, для электроснабжения различных электрических потребителей на автомобилях, самолетах, пассажирских вагонах, электровозах, тепловозах и др.

Недостатком машин постоянного тока является наличие щеточноколлекторного аппарата, который требует тщательного ухода в эксплуатации и снижает надежность работы машины. Поэтому в последнее время генераторы постоянного тока в стационарных установках вытесняются полупроводниковыми преобразователями, а на транспорте — синхронными генераторами, работающими совместно с полупроводниковыми выпрямителями.

Принципиальная возможность создания электродвигателя постоянного тока была впервые показана М. Фарадеем в 1821 г.; в созданном им приборе проводник, по которому пропускали постоянный ток, вращался вокруг магнита.

Двигатель постоянного тока с электромагнитным возбуждением был создан в России акад. Б. С. Якоби в 1834 г., который назвал его магнитной машиной. В 1838 г. им был построен более мощный электродвигатель, который использовался для привода гребного винта речного катера. Принцип обратимости электрических машин был также впервые сформулирован русским физиком акад. Э. X. Ленцем. В дальнейшем ряд коллекторных машин постоянного тока был созданГ. Феррарисом, В. Сименсом и др. Значительное развитие теория электрических машин постоянного тока получила в трудах Д. А. Лачинова. В 1880 г. он опубликовал труд «Электромеханическая работа», в котором рассмотрел вопросы, создания вращающего момента электродвигателя, КПД электрических машин, условия питания электродвигателя от генератора и дал классификацию машин постоянного тока по способу возбуждения.

В XX столетии продолжалось развитие теории и совершенствование конструкции машин постоянного тока. Большое внимание обращалось на повышение надежности этих машин путем устранения причин, вызывающих возникновения искрения под щетками (улучшения коммутации) и образования кругового огня на коллекторе.

Важное значение в решении всех теоретических и практических вопросов работы машин постоянного тока имели в трудах советских ученых: А. Е. Алексеева, Д. А. Завалишина, Г. А. Люста, А. Б. Иоффе, В. Т. Касьянова, М. П. Костенко, В. С. Кулебакина, С. И. Курбатова, Л. М. Пиотровского, Е. М. Синельникова, В. А. Толвинского, К. И. Шенфера, венгер-ского электротехника О. В. Бенедикта и др.

В настоящее время в рамках Интерэлектро разработана серия электродвигателей постоянного тока типа ПИ мощностью от 0,25 до 750 кВт, которая выпускается электропромышленностью всех стран — членов СЭВ. Эти двигатели Предназначены для регулируемых электроприводов и рассчитаны на питание от полупроводниковых преобразователей. Кроме того, электропромышленность выпускает ряд двигателей постоянного тока специального исполнения — для электротяги, экскаваторов, металлургического оборудования, шахтных подъемников, буровых установок, морских и речных судов и других приводов мощностью от нескольких сотен до нескольких тысяч кВт.

Рис. 8.1. Электромагнитная схема двухполюсной машины постоянного тока (а) и эквивалентная схема ее обмотки якоря (б): 1 — обмотка возбуждения; 2 — главные полюсы; 3 — якорь; 4 — обмотка якоря; 5 — щетки; 6 — корпус (станина)

Принцип действия. Машина постоянного тока (рис. 8.1, а) имеет обмотку возбуждения, расположенную на явно выраженных полюсах статора. По этой обмотке проходит постоянный ток I_в , который создает магнитное поле возбуждения Ф_в . На роторе расположена двухслойная обмотка, в которой при вращении ротора индуцируется ЭДС. Таким образом, ротор машины постоянного тока является якорем, а конструкция машины сходна с конструкцией обращенной синхронной машины.

При заданном направлении вращения якоря направление ЭДС, индуцируемой в его проводниках, зависит только от того, под каким полюсом находится проводник. Поэтому во всех проводниках, расположенных под одним полюсом, направление ЭДС одинаковое и сохраняется таким независимо от частоты вращения. Иными словами, характер, отображающий направление ЭДС на рис. 8.1, а, неподвижен во времени: в проводниках, расположенных выше горизонтальной оси симметрии, которая разделяет полюсы (геометрическая нейтраль), ЭДС всегда направлена в одну сторону; в проводниках, лежащих ниже геометрической нейтрали, ЭДС направлена в противоположную сторону.

При вращении якоря проводники обмотки перемещаются от одного полюса к другому; ЭДС, индуцируемая в них, изменяет знак, т. е. в каждом проводнике наводится переменная ЭДС. Однако количество проводников, находящихся под каждым полюсом, остается неизменным. При этом суммарная ЭДС, индуцируемая в проводниках, находящихся под одним полюсом, также неизменна по направлению и приблизительно постоянна по величине. Эта ЭДС снимается с обмотки якоря с помощью скользящего контакта, включенного между обмоткой и внешней цепью.

Обмотка якоря выполняется замкнутой, симметричной (рис. 8.1,б). При отсутствии внешней нагрузки ток по обмотке не проходит, так как ЭДС, индуцируемые в различных частях обмотки, взаимно компенсируются.

Если щетки, осуществляющие скользящий контакт с обмоткой якоря, расположить на геометрической нейтрали, то при отсутствии внешней нагрузки к щеткам прикладывается напряжение U, равное ЭДС Е, индуцированной в каждой из половин обмоток. Это напряжение практически неизменно, хотя и имеет некоторую переменную составляющую, обусловленную изменением положения проводников в пространстве. При большом количестве проводников пульсации напряжения весьма незначительны.

При подключении к щеткам сопротивления нагрузки R_н через обмотку якоря проходит постоянный ток I_а , направление которого определяется направлением ЭДС Е. В обмотке якоря ток I_а разветвляется и проходит по двум параллельным ветвям (токи i_a ).

Для обеспечения надежного токосъема щетки скользят не по проводникам обмотки якоря (как это было вначале развития электромашиностроения), а по коллектору, выполняемому в виде цилиндра, который набирается из медных пластин, изолированных одна от другой. К каждой паре соседних коллекторных пластин присоединяют часть обмотки якоря, состоящую из одного или нескольких витков; эту часть называют секцией обмотки якоря.

Если машина работает в генераторном режиме, то коллектор вместе со скользящими по его поверхности щетками является выпрямителем. В двигательном режиме, когда к якорю подводится питание от источника постоянного тока и он преобразует электрическую энергию в механическую, коллектор со щетками можно рассматривать как преобразователь частоты, связывающий сеть постоянного тока с обмоткой, по проводникам которой проходит переменный ток.

Таким образом, главной особенностью машины постоянного тока является наличие коллектора и скользящего контакта между обмоткой якоря и внешней электрической цепью.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Глава четвертая. Электрические машины постоянного тока

4-1. Назначение машин постоянного тока

Электрическими машинами, называются устройства для преобразования. механической энергии в электрическую или электрической в механическую. В первом случае они называются генераторами, а во втором электродвигател я и.

Электрические генераторы постоянного тока применяются для питания электродвигателей, установок для электролиза, для зарядки аккумуляторов и т. д. Электродвигатели постоянного тока приводят во вращение механизмы, требующие больших пусковых вращающих, моментов и широкого регулирования частоты вращения, например: электрический транспорт, шахтные подъемники, прокатные станы. В автоматический устройствах машины постоянного тока служат исполнительными двигателями, измерителями частоты вращения, преобразователями сигналов и др. В специальных устройствах металлообрабатывающих станков машины постоянного тока позволяют значительно упрощать механические схемы регулирования скорости.

© 2019 Научная библиотека

Копирование информации со страницы разрешается только с указанием ссылки на данный сайт

Источник