48. Способы пуска двигателя постоянного тока.

Нормальная машина постоянного тока имеет цилиндрический ротор с обмоткой, называемый якорем, который вращается в неподвижном магнитном поле. В витках 1-3 и 2-4 обмотки якоря индуктируются переменные ЭДС и для получения постоянного направления тока i в сопротивлении нагрузки r, применяется коллектор К, состоящий из медных изолированных друг от друга пластин, образующих цилиндр, по которому скользят щетки а - B. Наличие коллектора, к пластинам которого присоединяются начала и концы витков обмотки якоря, является отличительной особенностью м. п. т. В положении на рисунке стороны 1-3 витка пересекают магнитные линии перпендикулярно, поэтому между щетками будет Е_мах.

Рис. 47. Схема генератора постоянного тока с двумя витками и четырьмя коллекторными пластинами.

Пуск двигателей постоянного тока.

В момент, пуска n=0 и Е=0, а ток принимает значения I_я=U/R_я . Так как R_я мало, I_я во много раз превышает номинальный ток, что недопустимо. Поэто­му пуск двигателя осуществляется либо с помощью пускового реостата R_n,либо при пониженном напряжении U, так, чтобы I_я,n≤(2....2,5)I_я.ном. Для сохранения достаточной величины M_n запускают ДПТ при максимальном потоке, для чего регулировочный реостат в цепи обмотки возбуждения полностью выводят. По мере увеличения частоты вращения якоря увеличивается Е , уменьшая I_я. Надобность в пусковом реостате отпадает, он по­степенно выводится, и ток якоря достигает значения, определя­емого нагрузкой двигателя. Изменение момента и частоты вращения двигателя постоянного тока при пуске происходит так же, как у асинхронного двигателя.

Реостатный пуск применяется в большинстве случаев в связи с использованием простого и недорогого пускового устройства. Пуск изменением напряжения на якоре очень удобен, т.к. осуще­ствляется плавно и экономично, но требует регулируемого источ­ника постоянного напряжения. Применение такого способа пуска целесообразно в том случае, если регулируемый источник постоян­ного напряжения необходим также и для изменения частоты враще­ния двигателя. .

Пуск двигателя можно осуществить прямым включением в сеть, введением реостата в цепь якоря или же изменением напряжения источника питания. Пуск непосредственным включением применяется для двигателей небольшой мощности (до 1 - 2 квт). Сначала в обмотке якоря отсутствует против ЭДС и бросок тока превышает I_ном в 8-10 раз, а механический удар воздействует на детали передачи. Большие толчки тока вредно отражаются на работе остальных потребителей. У малых двигателей разгон происходит быстро (0.1 - 0.3 с), якорь не успевает нагреться, а толчок тока небольшой. Для ограничения I в цепь якоря включён пусковой реостат, сопротивление которого по мере разгона постепенно выводится I_п = U/(r_я + r_п ). r выбирается так, чтобы I_п/I_ном = 1,5 - 2,5.

В процессе разгона в якоре появляется против ЭДС и:

I = (U - E)/(r_я + r_п).

По мере увеличения ω возрастает Е и при r = const уменьшается I_я и момент, развиваемый двигателем. Когда М = М_с возрастание ω прекращается и т.д. Пуск происходит быстро и легко, когда двигатель развивает значительный момент, превышающий М_с. Поэтому пуск производится при Ф_мах, для чего реостат в цепи возбуждения полностью выводится. Схема двигателя должна быть собрана так, чтобы I_в не зависел от I_я и не изменялся пи манипуляциях с пусковым реостатом. Поэтому цепь возбуждения всегда включается на независимое питание от источника. При остановке двигателя и отключении его следует ввести r_п и вывести регулировочное r_р в цепь возбуждения, т.е. подготовить двигатель к следующему пуску.

При пуске двигателя с независимым возбуждением сначала надо включить цепь возбуждения и только после этого подключить цепь якоря с введённым r_п.

Рис. 53. Схемы включения двигателей постоянного тока.

При параллельном возбуждении движок пускового реостата одновременно скользит по пластине, к которой присоединён один из зажимов цепи возбуждения, чем обеспечивается независимое питание её от источника. С пластиной же соединён начальный конец пускового реостата. При отключении движок пускового реостата ставится в положение О и не касается ни начального контакта пускового реостата, ни пластины а. Цепь возбуждения остаётся замкнутой на пусковой реостат и якорь, которые поглощают энергию, запасенную в обмотке возбуждения. Учитывая, что E=const, имеем ω = [U - I(r_я + r_п)]/c Ф₀. По мере уменьшения тока скорость возрастает по линейному закону. При различных r получаем семейство прямых, пересекающихся в точке идеального Х.Х. I = 0; ω₀ = U/c Ф₀.

Рис 54. Процесс пуска.

При включении r_п велико и скорость быстро возрастает (1) до ω, при котором I обеспечивает создание электромагнитного момента, равного моменту сопротивления. Если вывести первую ступень r_п, ток и М увеличатся скачком, что приведёт к увеличению ω до ω₂(2). Выводя последнюю ступень r_п, переходим на естественную характеристику двигателя (3), получая конечное значение ω, соответствующее точке А. У двигателя с последовательным возбуждением невозможно перед включением якоря установить наибольший поток. Пуск осуществляется включением в сеть и постепенным введением r . При отключении не надо принимать особые меры для поглощения энергии ОВП, т.к. w невелико.

Включение двигателя со смешанным возбуждением в принципе такое же, как и двигателя с параллельным возбуждением.

49. Частоту вращения электродвигателей постоянного тока регулируют тремя способами: изменением сопротивления цепи якоря, изменением подводимого к электродвигателю напряжения и изменением магнитного потока. Первый способ малоэкономичен, и его применяют редко.

Регулирование частоты вращения вала изменением магнитного потока является наиболее распространенным. Величина потока изменяется реостатом. Увеличивая его сопротивление, уменьшают силу тока возбуждения и магнитный поток, что приводит к увеличению частоты вращения. Таким образом, при уменьшении магнитного потока механические характеристики представляют собой несколько прямых линий, не параллельных естественной характеристике и имеющих тем больший наклон, чем меньшим потокам они соответствуют. Число их зависит от числа секций на реостате. При большом числе секций на регулировочном реостате частота вращения регулируется практически бесступенчато.

50

Генераторы постоянного тока являются источниками постоянного тока, в которых осуществляется преобразование механической энергии в электрическую. Генератор постоянного тока состоит из статора — неподвижного корпуса, вращающегося якоря, разделенным воздушным зазором. К внутренней поверхности статора крепятся главные и добавочные полюсы. Главные полюсы с обмотками возбуждения служат для создания основного магнитного потока Ф, а добавочные – для уменьшения искрения. Якорь состоит из вала, сердечника, обмотки и коллектора. Коллектор содержит изолированные друг от друга медные пластины, которые соединяются с секциями обмотки и якоря. На коллектор накладываются неподвижные щетки, соединяющие обмотку якоря с внешней электрической цепью. Вращающийся якорь, снабженный обмотками, пересекающими магнитное поле статора, индуцирует в обмотках ЭДС. В каждой секции обмотки якоря ЭДС меняется и по величине и по направлению в зависимости от ее положения относительно магнитного поля.

Рассмотрим принцип действия генератора постоянного тока, где подводимая механическая энергия преобразуется в электрическую энергию постоянного тока. В магнитном поле постоянного магнита вращается стальной сердечник, в продольных пазах которого расположен диаметральный виток. Начало и конец этого витка присоединены к двум взаимно изолированным медным полукольцам. Образующим коллектор, который вращается вместе со стальным цилиндром. По коллектору скользят неподвижные контактные щетки, от которых отходят провода к потребителю энергии. Стальной сердечник с витком (обмоткой) и коллектором образует вращающуюся часть машины постоянного тока — якорь.

Генераторы постоянного тока могут быть выполнены с магнитным и электромагнитным возбуждением. Для создания магнитного потока в генераторах первого типа используют постоянные магниты, а в генераторах второго типа — электромагниты. В зависимости от способа питания обмотки возбуждения генераторы постоянного тока могут быть с независимым возбуждением и с самовозбуждением. При независимом возбуждении (рис. 14.15, а) обмотка возбуждения включается в сеть вспомогательного источника энергии постоянного тока. Для регулирования тока возбуждения Iв в цепи обмотки включено сопротивление r_р. При таком возбуждении ток Iв не зависит от тока в якоре Iя. Генераторы с самовозбуждением в зависимости от включения обмотки возбуждения могут быть параллельного (рис. 14.15, б), последовательного (рис. 14.15, в) и смешанного (рис. 14.15, г) возбуждения. У генераторов параллельного возбуждения ток мал (несколько процентов номинального тока якоря), и обмотка возбуждения имеет большое число витков. При последовательном возбуждении ток возбуждения равен току якоря и обмотка возбуждения имеет малое число витков. При смешанном возбуждении на полюсах генератора помещаются две обмотки возбуждения — параллельная и последовательная.

Процесс самовозбуждения генераторов постоянного тока протекает одинаково при любой схеме возбуждения.

Самовозбуждение генератора будет происходить лишь при определенных условиях, которые сводятся к следующим:

1. Наличие потока остаточного магнетизма. При отсутствия этого потока не будет создаваться э. д. с. Е0, под действием котором в обмотке возбуждения начинает протекать ток,

так что возбуждение генератора будет невозможным. Если машина размагничена и не имеет остаточного намагничивания, то по обмотке возбуждения надо пропустить постоянный ток от какого-либо постороннего источника электрической энергии. После отключения обмотки возбуждения машина будет иметь вновь остаточный магнитный поток.

2. Обмотка возбуждения должна быть включена согласно с потоком остаточного магнетизма, т. е. так, чтобы намагничивающая сила этой обмотки увеличивала поток остаточного магнетизма.

3. Сопротивление цепи обмотки возбуждения должно быть чрезмерно большим, при очень большом сопротивлении цепи возбуждения самовозбуждение генератора невозможно.

4. Сопротивление внешней нагрузки должно быть велико, так как при малом сопротивлении ток возбуждения будет также мал и самовозбуждения не произойдет.

– э.д.с якоря

– электромагнитный момент.