- •1) § В.1. Назначение электрических машин и трансформаторов
- •Вопрос 2
- •Вопрос 33333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333
- •Вопрос444444444444444444444
- •§ 1.2. Принцип действия трансформаторов
- •§1.3. Устройство трансформаторов
- •Вопрос555555555555555555555555555555555555555555
- •§ 1.4. Уравнения напряжений трансформатора
- •§ 1.5. Уравнения магнитодвижущих сил и токов
- •Вопрос66666666666666666666666666666666666666666666666666666
- •§ 1.6. Приведение параметров вторичной обмотки и схема замещения приведенного трансформатора
- •Вопрос77777777777777777777777777777777
- •Вопрос88888888888888888888888888888888888888888888888888888888
- •§ 1.7. Векторная диаграмма трансформатора
- •§ 1.8. Трансформирование
- •§ 1.8. Трансформирование трехфазного тока и схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов
- •Глава 2 • Группы соединения обмоток и параллельная работа трансформаторов
- •§ 2.1. Группы соединения обмоток
- •§ 2.2. Параллельная работа трансформаторов
- •Вопрос1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
- •Глава 5. Трансформаторные устройства специального назначения
- •§ 5.1. Трансформаторы с плавным регулированием напряжения
- •§ 5.2. Трансформаторы для выпрямительных установок
- •При выборе трансфор§ 5.2. Трансформаторы для выпрямительных установок
- •Вопрос121212121212121212121212121212121212112121212121212121212121212
- •Глава 24
- •§ 24.1. Принцип действия генератора и двигателя постоянного тока
- •§ 24.2. Устройство коллекторной машины постоянного тока
- •Вопрос13131313133131313131313131331133131313131
- •Глава 25
- •§ 25.1. Петлевые обмотки якоря
- •Вопрос141414141414141414141414141414
- •Глава 26
- •§ 26.1. Магнитная цепь машины постоянного тока
- •Вопрос15151515151515151515151515151515151515515151515151515151515151
- •§ 26.2. Реакция якоря машины постоянного тока
- •26.4. Магнитное поле машины и распределение магнитной индукции
- •Вопрос1616161616161616161616161616161616
- •§ 26.5. Способы возбуждения машин постоянного тока
- •4.3. Коммутация в коллекторных машинах постоянного тока
- •Вопрос181818181818181818181818818181818181818181818
- •Глава 28
- •§ 28.1. Основные понятия
- •Вопрос1919191919191919191919191919191919191919
- •Глава 29
- •§ 29.1. Основные понятия
- •202020202020202020Вопрос
- •§ 29.3. Двигатель параллельного возбуждения
- •§ 29.6. Двигатель последовательного возбуждения
- •§ 29.7. Двигатель смешанного возбуждения
- •§ 29.8. Потери и коэффициент полезного действия коллекторной машины постоянного тока
- •Вопрос323232323232323
- •2.3.2. Регулирование скорости вращения асинхронных двигателей
Вопрос1616161616161616161616161616161616
§ 26.5. Способы возбуждения машин постоянного тока
Для работы электрической машины необходимо наличие магнитного поля. В большинстве машин постоянного тока это поле создается обмоткой возбуждения, питаемой постоянным током. Свойства машин постоянного тока в значительной степени определяются способом включения обмотки возбуждения, т. е. способом возбуждения.
По способам возбуждения машины постоянного тока можно классифицировать следующим образом:
машины независимого возбуждения, в которых обмотка возбуждения (ОВ) питается постоянным током от источника, электрически не связанного с обмоткой якоря (рис. 26.8, а);
машины параллельного возбуждения, в которых обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены параллельно (рис. 26.8, б);
машины последовательного возбуждения (обычно применяемые в качестве двигателей), в которых обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены последовательно (рис. 26.8, в)
машины смешанного возбуждения, в которых имеются две обмотки возбуждения — параллельная ОВ1 и последовательная ОВ2 (рис. 26.8, г);
Рис. 26.8. Способы возбуждения машин постоянного
машины с возбуждением постоянными магнитами (рис. 26.8, ).
Все указанные машины (кроме последних) относятся к машинам с электромагнитным возбуждением, так как магнитное поле в них создается электрическим током, проходящим в обмотке возбуждения.
Начала и концы машин постоянного тока согласно ГОСТу обозначаются: обмотка якоря — Я1 и Я2, обмотка добавочных полюсов — Д1 и Д2, компенсационная обмотка — К1 и К2, обмотка возбуждения независимая — М1 и М2, обмотка возбуждения параллельная (шунтовая) — Ш1 и Ш2, обмотка возбуждения последовательная (сериесная
Вопрс17171717171717171717171717171717171717
4.3. Коммутация в коллекторных машинах постоянного тока
Необходимым условием долговечности коллекторной машины постоянного тока является отсутствие искрения под щетками, так как искры быстро разрушают пластины коллектора и щетки.
Причины искрения могут быть механическими и электрическими. Основная механическая причина искрения – это ухудшение контакта между коллектором и щетками.
Электрической причиной является неудовлетворительная коммутация. Коммутацией в электрических машинах называется совокупность явлений происходящих при изменении направления тока в секциях обмотки якоря во время замыкания щетками этой секции накоротко.
Время, в течение которого секция обмотки вращающегося якоря замкнута щеткой накоротко, называется периодом коммутации:
, (4.8)
где
вщ – ширина щетки;
Vk – окружная скорость коллектора.
Если бы в коммутируемой секции не индуктировалось ЭДС, то ход процесса коммутации тока в секции определялся бы только соотношением сопротивлений контактов щетки с двумя пластинами коллектора (рис.4.6).
Рис. 4.6. К расчету коммутационного процесса в коммутируемой секции якоря.
Будем считать, что ширина щетки не больше ширины одной коллекторной пластины и пренебрегать относительно небольшими сопротивлениями проводников, соединяющих обмотку якоря с коллектором, и самой секции, по сравнению с переходным сопротивлением rщ контакта щетки и коллектора.
Переходное сопротивление r1 контакта с пластиной, уходящей из-под щетки, должно возрастать во время коммутации, достигая бесконечности в конце периода коммутации:
r1=rщ ,
где
T- период коммутации;
t – время, прошедшее с момента начала коммутации.
В то же время переходное сопротивление контакта со второй пластиной уменьшается:
. (4.10)
Ток I, поступающий в щетку из обмотки якоря, должен распределиться между двумя пластинами коллектора обратно пропорционально их переходным сопротивлениям:
, (4.11)
С другой стороны, согласно первому закону Кирхгофа:
(4.12)
Решив эту систему уравнений, найдем ток в коммутируемой секции:
. (4.13)
В начальный момент времени при t=0 этот ток , а в конце коммутации при t=T он будет .
Ток I является током лишь одной параллельной ветви обмотки якоря; в общем случае при 2а параллельных ветвей, ток якоря .
Следовательно, в общем случае
. (4.14)
Такая коммутация называется прямолинейной или равномерной (рис. 4.7а). В этом идеальном случае плотность тока под всей щеткой неизменна во все время коммутации, благодаря чему отсутствуют коммутационные причины искрения.
Рис. 4.7. Законы изменения тока коммутируемой секции якоря при линейной (а) и нелинейной (б) коммутации.
Мы рассмотрели идеальный случай. В реальных условиях неизбежно возникают ЭДС самоиндукции в коммутирующей секции lL и ЭДС взаимоиндукции , индуктируемая изменениями тока в соседних секциях, коммутируемых одновременно. Обе эти ЭДС согласно принципу Ленца противодействуют изменению тока в секции, задерживают это изменение. Результирующая ЭДС:
. (4.15)
Её можно выразить следующим образом:
. (4.16)
Реактивная ЭДС задерживает изменение тока (рис. 4.7б) и делает коммутацию замедленной в течение большей части периода, но к концу периода, когда уходящая пластина выйдет из-под щетки, ток в секции принудительно примет значение . Следовательно, в конце периода неизбежно ускоренное изменение величины тока в секции, что вызывает увеличение реактивной ЭДС. Одновременно плотность тока под щеткой становится неравномерной. Она сильно возрастает у края пластины, которая выходит из-под краев щетки, а это может вызвать сильное нагревание щетки и пластины коллектора. Обе эти причины могут обусловить искрение – возникновение электрических дуг под щеткой со стороны уходящей пластины коллектора.
Для того, чтобы скомпенсировать действие реактивной ЭДС, необходимо противопоставить ей вторую ЭДС, называемую коммутирующей ЭДС . Таким образом, условие идеальной коммутации:
(4.17)
Коммутирующая ЭДС создается посредством движения витков коммутируемой секции во внешнем магнитном поле. В большинстве случаев ek индуктируется магнитным полем дополнительных полюсов машины Фд.п. . Следовательно,
. (4.18)
При изменениях нагрузки изменяется реактивная ЭДС, пропорциональная току якоря, но одновременно в такой же мере меняется и коммутирующая ЭДС, т. к. обмотка дополнительных полюсов соединена последовательно с якорем.
Усилив поле дополнительных полюсов путем увеличения числа витков их обмотки, можно сделать , что обусловит ускоренную коммутацию. Она осуществляется в машинах, предназначенных для особо тяжелых условий работы, например, частого реверсирования.
В машинах малой мощности для создания коммутирующего магнитного поля вместо дополнительных полюсов применяется сдвиг щеток с геометрической нейтрали. При таком сдвиге в коммутируемой секции ЭДС индуктируется главным магнитным полем, причем в генераторе щетки должны быть сдвинуты по направлению вращения якоря, а в двигателе – против направления вращения.
Особо опасный случай неблагоприятной коммутации представляет собой круговой огонь по коллектору. Это – мощная электрическая дуга, замыкающаяся непосредственно по коллектору или даже перекидывающаяся на станину машины, при этом повреждение машины может быть весьма значительным. Круговой огонь возникает при резком броске тока якоря, что вызывает увеличение реактивной ЭДС, а она создает мощную дугу между щеткой и краем уходящей пластины. Эта дуга удерживается и растягивается вследствие вращения коллектора; в результате воз