Устройство обмоток машины постоянного тока: Машины постоянного тока

Машины постоянного тока | мтомд.инфо

Машина постоянного тока представляет собой электрическую машину с механическим преобразователем частоты в цепи якоря и поэтому имеет обращенное исполнение.

Устройство и назначение машин постоянного тока

Обмотка возбуждения 3 располагается на статоре, а обмотка якоря 5 — на роторе. Преобразователь частоты выполняется в виде коллектора 7, пластины которого электрически связаны с обмоткой якоря. Система неподвижных щеток 6 обеспечивает связь вращающейся обмотки якоря с внешней сетью.

Схема машины постоянного тока

Статор обычно выполняется в виде массивной станины 1, на которой укрепляются полюсы 2 с обмоткой возбуждения. Сердечники полюсов собираются из листов конструкционной стали толщиной 1-2 мм.

Магнитопровод якоря 4 набирается из лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. В пазы магнитопровода укладываются изолированные секции двухслойной обмотки якоря.

Выводы секции припаиваются к коллекторным пластинам, закрепленным на валу машины постоянного тока. Число коллекторных пластин равно числу секций. Коллекторные пластины изготавливаются из меди и изолируются друг от друга и от вала с помощью миканитовых прокладок. На внешней поверхности коллектора устанавливаются угольные щетки, закрепленные в щеткодержателях неподвижно относительно статора. Число щеток равно числу полюсов.

Положение щеток относительно полюсов может меняться, но, как правило, щетки устанавливаются на геометрической нейтрали — линии, перпендикулярной оси магнитного поля полюса. В этом случае процессы преобразования энергии в машинах постоянного тока аналогичны процессам преобразования в синхронных машинах при чисто активной нагрузке. Машины постоянного тока применяются как в качестве электродвигателей, так и в качестве генераторов.

Области применения машин постоянного тока

Двигатели постоянного тока, в отличие от двигателей переменного тока, обладают хорошими регулировочными свойствами и могут иметь механические характеристики

n = f(M_вн), удовлетворяющие требованиям большинства рабочих механизмов. Поэтому двигатели постоянного тока широко используются на транспорте (магистральные электровозы, тепловозы, пригородные электропоезда, метрополитен, трамваи, троллейбусы), в станках, прокатных станах, кранах, судовых установках. В подавляющем большинстве автомобилей, тракторов, самолетов и других летательных аппаратов двигатели постоянного тока приводят во вращение все вспомогательное оборудование.

Постоянный ток для питания двигателей получают либо с помощью полупроводниковых выпрямительных установок, преобразующих переменный ток в постоянный, либо с помощью генераторов постоянного тока. Генераторы постоянного тока используют также в технологических процессах для питания электролизных и гальванических установок. Широкое распространение получили генераторы постоянного тока специального назначения (сварочные генераторы, генераторы для освещения поездов, электромашинные усилители постоянного тока, возбудители синхронных машин).

Недостатком машин постоянного тока является их относительно высокая стоимость, а также наличие скользящего контакта между щетками и коллектором. В последние годы в связи с развитием полупроводниковой техники ведутся работы по замене механического коллектора полупроводниковым преобразователем. Однако, несмотря на большие усилия, направленные на создание полупроводниковых преобразователей частоты, электроприводы с такими преобразователями оказываются в 1,5 — 2,5 раза тяжелее и дороже электроприводов с двигателями постоянного тока. Поэтому выпуск машин постоянного тока не сокращается, и они находят все новые области применения.

1 Принцип действия и устройство машин постоянного тока

Модуль 4: «Машины постоянного тока»

(Конспект лекций)

1. Принцип действия и устройство машин постоянного тока

(Тема 39)

1.1.         Принцип действия машин постоянного тока

Режим генератора. На рис. 1.1, а представлен фрагмент машины постоянного тока, а на рис. 1.1, б, в дано схематическое изображение этой машины в осевом направлении. Основной магнитный поток в нормальных машинах создается обмоткой возбуждения, расположенной на полюсах 1 неподвижной части машины – индукторе.

Магнитный поток проходит от северного полюса к южному через подвижную часть машины – якорь 2 (рис. 1.1) и замыкается по ярму машины (на рис. 1.1 ярмо индуктора не показано).

Рекомендуемые файлы

Якорь набран из пластин электротехнической стали и имеет форму цилиндра с пазами, в которые уложена обмотка, в рассматриваемом случае, состоящая из одного витка.

Концы витка обмотки соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора 3, число которых в раcсматриваемом случае равно двум. На коллектор наложены две неподвижные щетки 4, с помощью которых обмотка якоря соединяется  с внешней цепью.

Предположим, что якорь машины приводится во вращение по часовой стрелке. В проводниках обмотки якоря, перемещающемся в магнитном  поле, наводится ЭДС. Направление ЭДС определяют по правилу правой руки. Поскольку направление магнитного потока остается неизменным, ЭДС индуктируется только при вращении якоря и называется ЭДС вращения. Величина индуктируемой в проводнике ЭДС – по закону электромагнитной индукции

,                                         (1.1)

где В – магнитная индукция в воздушном зазоре между полюсом и якорем в месте расположения проводника; l – активная длина проводника, на протяжении которой он расположен в магнитном поле;  u – составляющая скорости перемещения, нормальная к вектору магнитной индукции.

Индуктируемые в проводниках ЭДС по контуру витка складываются и ЭДС витка

                                (1.2)

ЭДС  является переменной, так как проводники обмотки проходят попеременно под северным и южным полюсами, в результате чего направление ЭДС в них меняется. По форме кривая ЭДС повторяет кривую индукции в зазоре машины. Частота ЭДС в двухполюсной машине равна частоте вращения якоря n (об/с):

                                                       

в полюсной машине

                                           (1. 3)

Если замкнуть виток обмотки якоря на внешнее сопротивление r, то в цепи потечет ток

                                     (1.4)

Этот ток будет переменным и будет иметь ту же форму, что и ЭДС (рис. 1.2, а). По внешней цепи направление тока будет постоянным, что объясняется действием коллектора: под верхней щеткой всегда будет находиться пластина коллектора, соединенная с проводником, расположенным под северным полюсом. Форма кривой тока и напряжения во внешней цепи показана на рис. 1.2, б.

Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный во внешней цепи.

Ток обмотки якоря:

а) создаст на внутреннем и внешнем сопротивлениях падения напряжения, уравновешивающие ЭДС:

;                              (1.5)

б) выделит на сопротивлениях соответствующие мощности.

 

 

Уравнение мощностей получим умножив  (1. 5) на ток

                                                                   (1.6)

или

,               (1.7)

где — электромагнитная мощность генератора; р — мощность потерь на внутреннем сопротивлении генератора; Р₂ — мощность, выделенная на внешнем сопротивлении цепи – полезная мощность.

Из (1.7) следует, что генератор отдает в сеть только часть развивающейся в нем электромагнитной мощности, другая проявляется в виде потерь.

Проводники обмотки якоря с током i находятся в магнитном поле, на них (по закону Ампера) будут действовать электромагнитные силы (см. рис.1.1, б)

,                                    (1.8)

направление которых определяют по правилу левой руки. Эти силы создают механический вращающий момент , который называется электромагнитным моментом (см. рис.1.1, б):

,                                   (1.9)

где диаметр якоря. В режиме генератора этот момент действует против направления вращения якоря и является тормозным.

Режим двигателя. Рассматриваемая машина постоянного тока может работать в режиме двигателя, если к обмотке якоря подвести постоянный ток от внешнего источника. На проводники обмотки будут действовать электромагнитные силы (см. рис. 1.1, в) и возникнет электромагнитный момент, определяемые по формулам (1.8) и (1.9). При достаточной величине электромагнитного момента якорь придет во вращение и машина будет развивать механическую мощность. В режиме двигателя коллектор превращает потребляемый из внешней цепи постоянный ток в переменный ток в обмотке якоря и работает, таким образом, в качестве механического инвертора тока.

В проводниках обмотки вращающегося якоря по закону эле-ктромагнитной индукции наведется ЭДС, определяемая по формуле (1.1) и направленная против тока.

На основании второго правила Кирхгофа записывают уравнение равновесия напряжений:

              (1. 10)

или

.                                         (1.11)

Умножив (1.11) на ток, получим

,                                     (1.12)

или

                                         (1.1З)

Из (1.13) следует, что в электромагнитную мощность превращается только часть подведенной мощности Р₁, а остальная покрывает потери.

Таким образом, независимо от назначения (и даже рода тока) действие электрических машин основано на двух законах: на законе электромагнитной индукции , сформулированном Фарадеем (или  — в формулировке Максвелла), и законе Ампера (законе электромагнитных сил), определяющем взаимодействие токов с магнитными потоками. Из сравнения равенств (1.5), (1.11) следует: в двигательном режиме  > , генераторном > .

Образуемый во внешней цепи пульсирующий по величине ток малопригоден для практических целей. Для получения практически свободных от пульсаций тока и напряжения, а также во избежание возникновения чрезмерно большого напряжения между соседними коллекторными пластинами число пластин коллектора должно быть достаточно большим. Обычно при  В

,

соответственно возрастает и количество секций (витков) обмотки якоря. Пример такой обмотки, уложенной в пазы якоря, показан на рис. 1.3, а. При вращении якоря в проводниках обмотки индуцируется ЭДС, направление которой на рис. 1.3, б.

 В проводниках, расположенных по одну сторону симметрии, разделяющей полюсы, ЭДС направлена всегда в одну сторону, независимо от угловой скорости. При вращении одни проводники уходят под другой полюс, на их место приходят

 другие проводники, а в пространстве, под полюсом одной полярности, картина почти неподвижна, только одни проводники сменяются другими.

Следовательно, возможно получить практически неизменную ЭДС от этой части обмотки.

В половине обмотки ( в двухполюсной машине) наводится ЭДС одного знака, а в другой противоположного, как показано на эквивалентной схеме обмотки (рис. 1.3, б). По контуру обмотки якоря ЭДС в ее частях направлены встречно и взаимно уравновешиваются. Вследствие этого при холостом ходе генератора, т. е. при отсутствии внешней нагрузки, по обмотке якоря ток не проходит.

Внешняя цепь соединяется с якорем через щетки, устанавливаемые на геометрической нейтрали.

Для улучшения контакта щетки выполняют в виде прямоугольных графитовых брусков, а скользят они по поверхности коллектора, который собирают из медных пластин, изолированных друг от друга.

1.2. Устройство машины постоянного тока

Магнитное поле в машинах постоянного тока создают полюсы 1, укрепленные на неподвижных магнитопроводящих станинах-ярмах 2 (рис. 1.4). Полюсы изготавливают в виде стальных сердечников, собранных из отдельных листов (только для упрощения технологии), на которых укреплены обмотки возбуждения 3. Полюсы – это электромагниты, обмотки которых питаются постоянным током от якоря самой машины или от независимого источника. В машинах мощностью выше 0,5 кВт между основными – главными – полюсами размещают добавочные полюсы 20 для улучшения токосъема с коллектора. Эти полюсы, как и главные, крепят болтами к ярму машины. Ярмо в современных машинах обычно выполняют из стали (из стальных труб в машинах малой мощности, из листового проката или стального литья). Чугун вследствие относительно малой магнитной проницаемости не применяют.

В машинах постоянного тока массивное ярмо является одновременно и станиной, т.е. той частью, где крепят другие неподвижные части машины и с помощью которой машина крепится к фундаменту или другому основанию. В поле полюсов помещают насаженный на вал якорь 4 — стальной цилиндр, набранный из листов электротехнической стали с выштампованными по периферии пазами 5 для укладки обмотки. Сердечники якоря диаметром более 100 см составляют из штампованных сегментов электротехнической стали. Сегменты набирают на корпус якоря, изготовленного из листового проката, и с помощью втулки соединяют с валом. Листы якоря изолируют друг от друга оксидной пленкой или лаком для уменьшения вихревых токов.

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта — 3 Технологические требования к подготовке полуфабрикатов для супов.

В сердечнике якоря могут быть аксиальные или радиальные каналы в зависимости от выбранной системы вентиляции.

Выступающие с каждой стороны из сердечника якоря лобовые части 7 обмотки имеют вид цилиндрического кольца и своими внутренними поверхностями опираются на обмоткодержатели 8, а по внешней стороне крепятся проволочными бандажами 6. Обмотку соединяют с коллектором 9 — механическим выпрямителем переменной ЭДС, наводимой в якоре, в постоянное напряжение на выходе генератора (иди инвертором для двигателя). Коллектор 12 укреплен на валу 10 якоря и состоит из медных пластин 11, изоли-рованных друг от друга миканитовыми пластинами и изоляционными шайбами 12 от нажимного устройства, стягивающего пластины в цилиндр. Для токосъема с коллектора (скользящий контакт) установлен щеточный аппарат, состоящий из нескольких групп щеткодержателей 13, укрепленных на траверсе 14. В щеткодержателях помещены щетки (графитные или медно-графитные), прижатые к коллектору пружинами. Траверсы укреплены на станине или подшипниковом щите 15 и допускают перемещение всех щеток по дуге коллектора (для установки в нужном положении).

Коллектор и щеточный аппарат являются весьма ответственными узлами машины, от конструкции и качества изготовления которых в большой степени зависит бесперебойная работа машины и надежность электрического контакта между коллектором и щетками.

Вал машины 10 с укрепленными на нем якорем и коллектором вращается в подшипниках 16, установленных в подшипниковых щитах 15. На валу в большинстве машин постоянного тока крепится крыльчатка вентилятора 17 для охлаждения активных частей машины. Воздух поступает в машину через жалюзи 19, прогоняется вентилятором через активную часть машины. Нагретый воздух выбрасывается через вентиляционные окна 18.

Одноякорные машины постоянного тока строят мощностью до 10 МВт и напряжением до 1000 В (для электрифицированных железных дорог до 1500 В). Большие напряжения ограничены условиями токосъема. При больших мощностях строят двух и многоякорные машины с общим валом. Машины постоянного тока наиболее сложны в изготовлении, менее надежны в эксплуатации в дорогостоящи. В то же время простота и экономичность регулирования скорости вращения в этих машинах обеспечивают им широкое применение.

Машины постоянного тока. Электродвигатели и генераторы. – www.motors33.ru

1. Особенности коллекторных машин постоянного тока

Коллекторные машины — это в основном машины постоянного тока. Они выпускаются мощностью от долей ватта до десятков тысяч киловатт. Коллекторные машины переменного тока находят применение в качестве приводных двигателей лишь для узкого круга специальных механизмов небольшой мощности, например как приводы некоторых бытовых приборов, электрифицированного ручного инструмента, медицинского оборудования, т. е. в тех случаях, когда для питания двигателей используется однофазный и реже трехфазный переменный ток, а характеристики асинхронных машин не удовлетворяют требованиям приводного механизма.
Коллекторные машины постоянного тока используются как двигатели и как генераторы. В промышленности более распространены двигатели, что объясняется все возрастающим применением различных статических выпрямителей, обеспечивающих промышленные установки энергией постоянного тока.

Рис. 1. Двигатель постоянного тока серии 2П:
1 — тахогенератор; 2 — траверса; 3 — коллектор; 4 — станина; 5 — якорь; 6 — главный полюс; 7 — добавочный полюс;

Основными конструктивными элементами машин постоянного тока (рис. 1) являются станина с закрепленными на ней главными и добавочными полюсами, вращающийся якорь с обмоткой и коллектором и щеточный аппарат. В машинах малой и средней мощностей станина одновременно служит и корпусом, к которому крепятся лапы для установки машины, и частью магнитопровода. По ней замыкается магнитный поток. В большинстве машин станина выполнена массивной, из стальных труб, либо сварной из листов конструкционной стали. В ряде машин станину выполняют шихтованной.
К внутренней поверхности станины крепят главные и добавочные полюсы. Сердечники главных полюсов массивные либо набраны из листов стали толщиной 1 — 2 мм. Сердечники добавочных полюсов, как правило, массивные. На главных полюсах располагаются обмотки возбуждения; их МДС создают рабочий поток машины.

Обмотки добавочных полюсов, расположенных по поперечным осям машины, служат для обеспечения нормальной коммутации.
Магнитопровод якоря шихтуется из листов электротехнической стали. В машинах малой мощности сердечник якоря насаживается непосредственно на вал со шпонкой и фиксируется в осевом направлении буртиком вала и кольцевой шпонкой. С торцов якоря для предотвращения распушения листов во время работы установлены нажимные шайбы, совмещенные с обмоткодержателями.
Обмотки якорей двухслойные. В машинах мощностью до 15 — 20 кВт они выполнены из круглого провода и уложены в полузакрытые пазы. В пазовых частях обмотка крепится пазовыми клиньями, в лобовых — бандажами из стеклоленты или немагнитной стальной проволоки, которые прижимают их к обмоткодержателям. В машинах большой мощности катушки обмотки якоря наматывают из прямоугольного провода и укладывают в открытые пазы. Крепление обмотки либо такое же, как и в машинах малой мощности, т. е. клиньями в пазовой и бандажами в лобовой части, либо бандажами и в пазовой, и в лобовой части.

Выводные концы каждой секции обмотки впаиваются в прорези коллекторных пластин.
Коллекторы в большинстве машин общего назначения цилиндрические. Торцевые коллекторы применяют лишь в некоторых машинах малой мощности специального назначения. Во всех цилиндрических коллекторах пластины имеют клиновидную форму с углом наклона, при котором пластины, собранные в кольцо, плотно прилегают друг к другу боковыми поверхностями и зажимают миканитовую изоляцию (рис. 2). Наибольшее распространение получили коллекторы, в которых пластины удерживаются в сжатом состоянии металлическими нажимными конусами (рис. 3) либо опрессовкой в пластмассу (рис. 4).

Рис. 2. Положение коллекторных пластин в цилиндрических коллекторах:
1 — пластины коллектора; 2 — изоляция между пластинами; Р — сила давления нажимных конусов; Р, — сила арочного распора

В коллекторах с нажимными конусами пластины закрепляются передвижением переднего нажимного конуса по втулке коллектора. При этом создается давление на нижнюю часть ласточкина хвоста пластин и возникает арочный распор (рис. 2). Такие коллекторы называют арочными. Пластины коллектора с расположенными между ними изоляционными прокладками образуют монолитное кольцо. Нажимные конусы изолируют от пластин миканитовыми фигурными прокладками — манжетами, имеющими большую механическую прочность.

Рис. 3. Коллектор с нажимными конусами:
1 — передний нажимной конус; 2 — пластины коллектора ; 3 — втулка коллектора; 4 — изоляционная манжета; 5 —задний нажимной конус

Коллекторы на пластмассе более просты в изготовлении, но в силу меньшей механической прочности и надежности не применяются в машинах большой мощности.
В некоторых быстроходных машинах, например в возбудителях турбогенераторов, из-за больших центробежных сил, действующих на пластины коллектора, прочность их крепления с помощью ласточкиных хвостов оказывается недостаточной и коллекторные пластины крепят на втулку с помощью внешних бандажных колец (рис. 5).

Рис. 5. Принципиальная конструкция коллектора с бандажными кольцами:
1 — изоляция под бандажными кольцами; 2 — бандажные кольца; 3 — пластины коллектора; 4 — втулка коллектора

Щетки коллекторных машин устанавливают в щеткодержатели, закрепленные на щеточных пальцах, причем на каждом щеточном пальце может быть установлено по нескольку щеткодержателей и щеток, соединенных между собой параллельно.

Число щеток и их размеры определяются номинальным током машины. Число щеточных пальцев должно быть равно числу полюсов машины. Двигатели с волновой обмоткой на якоре при отсутствии места для установки полного комплекта щеточных пальцев допускают установку неполного числа щеточных пальцев, что используется в некоторых конструкциях тяговых двигателей. Щеточные пальцы укреплены на траверсе, которая допускает поворот на некоторый угол вокруг оси машины для регулирования положения щеток на коллекторе.
В последние годы получают распространение бесколлекторные двигатели постоянного тока, в которых механический преобразователь тока — коллектор со щеточным аппаратом — заменен вентильным коммутатором. Вентильные двигатели имеют широкий диапазон регулирования частоты вращения и не имеют недостатков, связанных с работой скользящих контактов коллектор—щетки, характерных для коллекторных машин постоянного тока.

3. Характеристики машин постоянного тока.

Машины постоянного тока по своим характеристикам определяются системой возбуждения: независимой, параллельной, последовательной или смешанной.

При независимой системе возбуждения обмотка возбуждения питается от постороннего источника постоянного тока и ток возбуждения не зависит от режима работы и нагрузки машины. Генераторы с независимой системой возбуждения допускают регулирование напряжения практически от нуля до номинального. Изменение напряжения при увеличении нагрузки определяется только размагничивающим действием реакции якоря и увеличением падения напряжения на сопротивлении якорной цепи.
Ток параллельной обмотки возбуждения генераторов с самовозбуждением меняется в зависимости от напряжения на выводах генератора и уменьшается с ростом нагрузки из-за размагничивающего действия реакции якоря, что в свою очередь приводит к добавочному увеличению падения напряжения. За счет этого номинальное падение напряжения генераторов с параллельным возбуждением больше, чем генераторов с независимым возбуждением.
В генераторах со смешанной системой возбуждения при согласном включении параллельной и последовательной обмоток поток стабилизируется, так как размагничивающее действие реакции якоря компенсируется изменением МДС последовательной обмотки, пропорциональным току нагрузки. Последовательную обмотку таких машин называют стабилизирующей. Номинальное падение напряжения генераторов со стабилизирующей обмоткой мало. Некоторые генераторы выполнены со стабилизирующей обмоткой, при которой обеспечивается равенство 7НОМ = (7Х|Х (где 1/Х]Х — напряжение холостого хода).

При встречном включении параллельной и последовательной обмоток возбуждения напряжение на выводах генератора резко падает с увеличением тока нагрузки. Такие системы возбуждения находят применение в сварочных генераторах постоянного тока.
В двигателях параллельного возбуждения размагничивающее действие реакции якоря может вызвать неустойчивую работу, так как уменьшение потока с ростом нагрузки из-за действия реакции якоря при малом суммарном сопротивлении якорной цепи приводит к увеличению частоты вращения двигателя. Поэтому в большинстве двигателей средней и во всех двигателях большой мощности помимо параллельной устанавливается последовательная обмотка возбуждения, стабилизирующая магнитный поток и придающая устойчивость механической характеристике (рис. 7, а).

Рис. 7. Механические характеристики двигателей постоянного тока:
а — смешанного возбуждения; б — последовательного возбуждения

Механические характеристики двигателей с последовательным возбуждением (рис. 7,б) имеют специфический «падающий» характер. Двигатели с последовательным возбуждением используются в приводах, требующих больших пусковых моментов и устойчивой работы при малых частотах вращения.

4. Регулирование частоты вращения машин постоянного тока.

Частота вращения двигателя при неизменной нагрузке может быть изменена регулированием питающего напряжения U, включением последовательно с якорем дополнительного регулировочного резистора и изменением магнитного потока машины (изменением тока возбуждения). В практике применяются все три способа регулирования.
Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения встречает трудности, связанные со сложностью преобразования напряжения постоянного тока. Для этой цели либо применяют статические преобразователи напряжения, либо питают двигатель от отдельного генератора постоянного тока, допускающего плавное регулирование напряжения (система генератор — двигатель). Такие системы применяют лишь для отдельных специальных приводов, требующих регулирования частоты вращения по сложной программе, например для главных двигателей прокатных станов.
Регулирование частоты вращения потоком является наиболее экономичным способом, так как потери в регулировочных резисторах, включаемых для этой цели последовательно с обмоткой возбуждения, невелики из-за малого тока возбуждения.
Однако этот способ позволяет лишь увеличивать частоту вращения двигателей по сравнению с номинальной. Такой способ регулирования предусмотрен для всех серийных двигателей постоянного тока.
Включение добавочного резистора в цепь якоря дает возможность плавно регулировать частоту вращения, но сопряжено с большими потерями в регулировочном реостате, по которому проходит полный ток нагрузки. Этот способ используется, например, для регулирования частоты вращения тяговых двигателей.
В современных системах регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока применяются тиристорные схемы, позволяющие осуществить регулирование частоты вращения в широких пределах по заданной программе. Датчиками частоты вращения для осуществления обратной связи при регулировании могут быть тахогенераторы, размещенные на валу якоря двигателя (рис. 1).

5. Коммутация машин постоянного тока

Коммутация машин постоянного тока, т. е. изменение направления тока в секциях обмотки якоря при переходе секций от одного полюсного деления к другому, происходит при кратковременном замыкании их щетками на пластинах коллектора. При коммутации в короткозамкнутых секциях возникают реактивная ЭДС и ЭДС вращения, наводимая потоком реакции якоря, магнитные силовые линии которого пронизывают замкнутые при коммутации секции. При движении коллектора в момент отхода пластины коллектора от замыкающей данную секцию щетки происходит разрыв цепи (замкнутой секции), имеющей индуктивное сопротивление, и возникает искрение между сбегающим краем щетки и коллекторной пластиной. При неудовлетворительной коммутации искрение может быть значительным и может привести к местному повреждению коллектора, что в свою очередь ухудшает переходный контакт щетка—коллектор и усиливает искрение. Качество коммутации машины постоянного тока оценивается по интенсивности искрения на коллекторе (табл. 1).
Для улучшения коммутации во всех машинах постоянного тока, кроме машин малой мощности, устанавливают добавочные полюсы, МДС которых компенсирует МДС реакции якоря по поперечной оси машины, т. е. в зоне расположения коммутируемых секций. Кроме того, поток, создаваемый обмоткой добавочных полюсов, наводит в замкнутых при коммутации секциях ЭДС, несколько превышающую реактивную ЭДС секций и направленную ей навстречу. Коммутация машины при этих условиях становится прямолинейной или даже ускоренной. Напряжение под сбегающим краем щеток уменьшается до весьма малых значений и искрение под щетками становится не опасным для работы машины.
В крупных машинах постоянного тока кроме добавочных полюсов в пазах на наконечниках главных полюсов располагают компенсационную обмотку . Компенсационная обмотка предназначена для компенсации воздействия реакции якоря на поток возбуждения по продольной оси. Уменьшение влияния реакции якоря позволяет выполнять машины с уменьшенным воздушным зазором и улучшить их коммутацию.

Таблица 1. Оценка степени искрения под сбегающим краем щеток по ГОСТ 183-74

Степень искрения	Характеристика степени искрения	Состояние коллектора и щеток
1	Отсутствие искрения	Отсутствие почернения на коллекторе и следов нагара на щетках
ll 4	Слабое искрение под небольшой частью края щетки
‘i	Слабое искрение под большей частью края щетки	Появление следов почернения на кол-[ лекторе и следов нагара на щетках, легко устраняемых протиранием поверхности коллектора бензином
2	Искрение под всем краем щетки. Допускается только при кратковременных толчках нагрузки и перегрузки	Появление следов почернения на коллекторе и следов нагара на щетках, не устраняемых протиранием поверхности коллектора бензином
3	Значительное искрение под всем краем щетки с появлением крупных и вылетающих искр. Допускается только при прямом включении или реверсировании машин, если при этом коллектор и щетки остаются в состоянии, пригодном для дальнейшей работы	Значительное почернение на коллекторе, не устраняемое протиранием поверхности коллектора бензином, а также подгар и частичное разрушение щеток

 

Принцип действия, устройство электрических машин постоянного тока

По роду тока все современные электрические машины делятся на машины постоянного и переменного тока. Несмотря на большое разнообразие конструкций, общие принципы работы электрических машин одинаковы. Все современные электрические машины работают на основе явлений электромагнитной индукции.

Постоянным называется ток, протекающий по проводнику только в одном направлении. Получение постоянного тока может быть двояким: от генераторов постоянного тока или из переменного тока путем его выпрямления при помощи специальных устройств-выпрямителей, преобразующих переменный ток в постоянный.

Простейший генератор постоянного тока (рис. 168, а и б) имеет полюсы электромагнита N и S, между которыми вращается виток проволоки в виде рамки, концы которой припаяны к полукольцам А и Б, вращающимся вместе с витком.

Полукольца А и Б изолированы между собой и от вала и представляют из себя в простейшем виде коллектор, служащий для выпрямления тока во внешней цепи. На полукольца опираются неподвижные щетки I и II, по которым ток с полуколец А и Б направляется во внешнюю цепь. При вращении в магнитном поле в рамке будет индуктироваться переменная по величине и направлению электродвижущая сила. Как было рассмотрено ранее, эта э. д. с. изменяется по синусоиде и зависит от положения, занимаемого проводниками а и б в магнитном поле. При этом направление э. д. с., индуктируемой в каждый данный момент в витке, определяется по правилу правой руки.

В те моменты, когда ток в витке меняет свое направление, полукольца меняют щетки (рис. 168, а и б), поэтому во внешней цепи ток будет иметь все время одно и то же направление, но будет меняться по величине. График изменения э.д.с. в витке можно изобразить кривой, показанной на схеме в (рис. 168), а график изменения тока во внешней цепи, соединенной с генератором, будет иметь вид, изображенный на схеме г. Как видно из последнего графика, э.д.с. во внешней цепи за полный оборот рамки не меняется по направлению, а меняется по величине от нуля до максимума, снова до нуля и т. д. Поэтому э.д.с. в таком виде имеет большую пульсацию, и ток, протекающий по замкнутому контуру, носит название пульсирующего. Чтобы «сгладить» пульсацию и получить ток во внешней цепи, близкий к постоянному по величине, в генераторах устанавливают не один виток с двумя полукольцами, а очень много витков, концы которых припаивают к коллекторным пластинам. При этом витки оказываются сдвинутыми относительно друг друга на небольшой угол и при вращении всех витков пульсация значительно уменьшается.

В этом случае ток, вырабатываемый генератором, будет практически постоянным как по направлению, так и по величине. На практике в генераторах берется такое количество витков обмоток и коллекторных пластин, что получаемая на щетках э.д.с. имеет совершенно незначительную пульсацию (порядка 1% от среднего значения э.д.с.) и ее величина поэтому считается постоянной.

Конструкции основных элементов генераторов и двигателей постоянного тока, вследствие общности их принципов и обратимости работы, одни и те же.

На рис. 169 показаны основные части и компоновка генератора постоянного тока. Генератор состоит из следующих основных частей: станины с закрепленными в ней полюсами — электромагнитами, якоря с обмоткой и коллектором, токоснимающего устройства (щеткодержатели, щетки, траверсы), переднего и заднего подшипниковых щитов.

Станиныу современных электрических машин отливаются из стали и в зависимости от типа электрической машины выполняются различной формы (прямоугольные, квадратные, восьмигранные, круглые и т. д.).

К станине крепится магнитная система (создает магнитный поток), состоящая из полюсных сердечников (рис. 170).

Вследствие общности принципов работы основные элементы конструкции генераторов и дви¬гателей постоянного тока одни и те же.

Полюсные сердечники с полюсными наконечниками образуют полюсы электромагнита, служащие для создания магнитного поля. Полюс генератора, как и всякий электромагнит, состоит из сердечника и надетой на него катушки, по которой проходит электрический ток, называемый током возбуждения. Этот ток создает магнитный поток. Катушки возбуждения составляют обмотку возбуждения машины, названную так потому, что при прохождении по ней тока она создает (возбуждает) магнитное поле генератора. Количество полюсов у генератора, как правило, четное (2, 4, 6 и более). При этом северные и южные полюсы чередуются между собой. Полюсные сердечники, как и полюсные наконечники, собираются из отдельных листов (пластин) электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Сердечники полюсов изготовляются отдельно от станины и крепятся к ней, как это показано на рис. 170.

Якорь — вращающаяся часть машины — служит для несения обмотки, в которой индуктируется переменная э.д.с.; он состоит из сердечника и обмотки. В современных машинах сердечник якоря собирается из листов электротехнической стали толщиной 0,35—0,5 мм, изолированных друг от друга специальной тонкой бумагой или покрытых изолирующим лаком. Отдельные листы сердечника якоря штампуются такой формы, чтобы после сборки их на наружной поверхности якоря образовались пазы, в которые затем укладываются секции обмоток якоря из изолированной медной проволоки. Секции обмоток соединяются между собой в определенной последовательности.

Набранный таким образом якорь надевается на стальной вал машины, на котором он закрепляется при помощи шпонки.

На одном валу с якорем насажен коллектор и вентилятор. Коллектор представляет собой полый барабан, собранный из медных пластин, изолированных друг от друга и от вала ма¬шины. Количество пластин равно количеству секций якоря, так как к каждой коллекторной пластине припаивается начало од¬ной и конец другой секции. Пластины изготовляются из твердо¬тянутой меди соответствующего профиля и изолируются друг от друга прокладками из миканита (склеенные под давлением листочки слюды). Для соединения коллекторных пластин с кон¬цами обмотки в углу каждой пластины вырезается углубление, в которое вводят (вбивают) концы секций, произведя их пайку.

Коллектор является одной из наиболее ответственных частей электрической машины.

Над коллектором укрепляется траверса со щеткодержателями. Щетки вставляются в гнезда щеткодержателей и прижимаются к коллектору пружинами, натяжение которых можно регулировать. Щетки должны обеспечивать хороший контакт, чтобы при работе не вызывать искрения, повышения сопротивления и нагрева.

В современных электрических машинах применяют угольные, меднографитные и графитные щетки.

Якорь с коллектором вращается в подшипниках, находящихся в подшипниковых щитах. Последние крепятся с боков болтами к станине. Между якорем и башмаками полюсных сердечников имеется небольшой зазор, называемый междужелезным пространством.

На корпусе машины обычно устанавливается клеммная коробка, в которой имеются изолированные друг от друга и от корпуса машины болтовые зажимы — клеммы, служащие для соединения машины с сетью. Основные неподвижные части электрической машины образуют статор, вращающиеся — ротор. В машинах постоянного тока якорь является ротором, а магнитная система (иногда называется индуктором)—статором.

Похожие статьи

Презентация «Устройство и принцип действия машин постоянного тока»

Выполнила преподаватель специальных дисциплин Войсковая Елена Юрьевна ГБПОУ «Златоустовский индустриальный колледж им. П. П. Аносова» УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1834 год был создан в России академиком Б.С. Якоби двигатель постоянного тока с электромагнитным возбуждением. УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА 1838 год был построен мощный электродвигатель, который использовался для привода гребного винта речного катера.

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ НЕПОДВИЖНАЯ ЧАСТЬ ИНДУКТОР ВРАЩАЮЩАЯСЯ ЧАСТЬ ЯКОРЬ ЩЁТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ

ИНДУКТОР СТАНИНА(8) ГЛАВНЫЕ ПОЛЮСА Служит для создания магнитного поля машины Служит для крепления полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода предназначены для создания магнитного поля возбуждения Состоят из сердечника (7) и полюсных катушек (6) 8 7 6

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ГЛАВНЫЕ ПОЛЮСА 3 1 – СТАНИНА КАРКАСНЫЕ БЕСКАРКАСНЫЕ 2 – СЕРДЕЧНИК ГЛАВНОГО ПОЛЮСА 3 – ПОЛЮСНЫЕ КАТУШКИ 1 2 4 4 – КАРКАС

ЯКОРЬ СЕРДЕЧНИК (5) ЯКОРНАЯ ОБМОТКА(13) 13 5 Служит для создания вращающего момента Изготавливается из медного провода и состоит из отдельных секций Имеет продольные пазы, в которые укладывается якорная обмотка

ЩЁТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ КОЛЛЕКТОР (3) ЩЁТОЧНЫЙ УЗЕЛ (4) 3 4 Механический преобразователь переменного тока в постоянный и наоборот Вращающаяся часть машины, состоит из коллекторных пластин и служит для крепления якорной обмотки Является неподвижной частью машины и служит для подвода или отвода электрического тока

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА КОЛЛЕКТОР Вращающаяся часть машины и состоит из коллекторных пластин Изготавливаются из меди, имеют трапецеидальную форму и служат для крепления якорной обмотки КОЛЛЕКТОРНЫЕ ПЛАСТИНЫ

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА 1 – ЗАЖИМ 4 – ПРУЖИНА 2 1 ЩЁТОЧНЫЙ АППАРАТ 5 6 3 4 3 – ЩЁТКА 2 – ОБОЙМА 5 – ГИБКИЙ ТРОСИК 6 – КУРОК

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Служит для крепления щёток Являются неподвижной частью машины и служат для подвода или отвода электрического тока ЩЕТОЧНЫЙ АППАРАТ Представляет собой откидную деталь, передающую давление пружины на щетку Служит для включения щетки в электрическую цепь машины ОБОЙМА КУРОК ГИБКИЙ ТРОСИК ЩЕТКА

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ Служит для визуального осмотра коллектор и щёток Служат для обеспечения механической прочности машины Служит для самовентиляции машины ВЕНТИЛЯТОР СМОТРОВОЕ ОКНО ПОДШИПНИКОВЫЕ ЩИТЫ

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА 8 7 6 11 8 – СТАНИНА 7 – СЕРДЕЧНИК ГЛАВНЫХ ПОЛЮСОВ 6 – ПОЛЮСНЫЕ КАТУШКИ 11 – ЛАПЫ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ 5 13 3 4 10 2 12 9 1 5 – СЕРДЕЧНИК ЯКОРЯ 13 – ЯКОРНАЯ ОБМОТКА 3– КОЛЛЕКТОР 4 – ЩЁТОЧНЫЙ АППАРАТ 10 –ВЕНТИЛЯТОР 2– СМОТРОВОЕ ОКНО 12 – ВАЛ 9 – ЗАДНЯЯ КРЫШКА 1 – ПОДШИПНИК

КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

Машины постоянного тока Машины с электромагнитным возбуждением Машины с магнитоэлектрическим возбуждением Классификация машин постоянного тока

Машины с магнитоэлектрическим возбуждением Магнитное поле машины создаётся с помощью постоянных магнитов Uном ОЯ Iном

Машины с электромагнитным возбуждением Магнитное поле машины создаётся с помощью тока, протекающего по обмотке возбуждения независимого возбуждения параллельного возбуждения последовательного возбуждения смешанного возбуждения

ОЯ Машины с независимым возбуждением Обмотка якоря и обмотка возбуждения включены параллельно и питаются от разных источников питания Uном Uов ОВ Iном Iов

Машины с параллельным возбуждением Обмотка якоря и обмотка возбуждения включены параллельно и питаются от одного источника питания Uном ОЯ ОВ Iном Iов Iоя Двигатель Генератор Iном Iов

Машины с последовательным возбуждением Обмотка якоря и обмотка возбуждения включены последовательно и питаются от одного источника питания Uном ОЯ ОВ Uоя Iном Uов

Машины со смешанным возбуждением Обмотка якоря и две обмотки возбуждения включены последовательно и параллельно и питаются от одного источника питания обмотки возбуждения включены согласно обмотки возбуждения включены встречно

Обмотки возбуждения включены согласно Uном ОЯ ОВ1 ОВ2 Iном Iов2 Iоя

Обмотки возбуждения включены встречно Uном ОЯ ОВ1 ОВ2 Iном Iов2 Iоя

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МПТ ДВИГАТЕЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОРНЫЙ

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ N S Iв Iв Iя Iя

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ N S Iв Iв Iя Iя Фв

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ N S Iя Фв FЭМ FЭМ Мэм Мэм n

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ N S Iя Фв Мэм Мэм n Ея Ея

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ Iя Мэм Uя ↑ Fэм ↑ Eя n Фя ↑ ↑ Iв Фв Uв Mэм = M2 + M0 Uя = Ея + IяRя

ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЖИМ N S Iв Iв Фв n

ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЖИМ N S Iв Iв Фв n Ея Ея Iя Iя

ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЖИМ N S Iв Iв Фв n Ея Ея Iя Iя FЭМ FЭМ Мэм Мэм

ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЖИМ N S Iв Iв Фв n Ея Ея Iя Iя Мэм Мэм

ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЖИМ Iя М1 ↑ Fэм ↑ Eя n Фя ↑ ↑ Iв Фв Uв Mэм = M1 — M0 Uя = Ея — IяRя Мэм

ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЖИМ ↑ ↑ М1 n ↑ ↑ Iв Фв Uв Iя Eя Фя Fэм Мэм ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ Мэм Fэм ↑ ↑ Iя Uя Фя Iв Фв Uв ↑ ↑ n Ея

Система охлаждения тяговой электрической машины постоянного тока

«Область техники, к которой относится изобретение»

Изобретение относится к области электромашиностроения и касается управления воздушным охлаждением тяговой электрической машины постоянного тока. А именно, изобретение относится к системе охлаждения тяговой электрической машины постоянного тока.

«Уровень техники»

Известен способ охлаждения тяговой электрической машины постоянного тока, в которой расход воздуха изменяется центробежным или осевым вентиляторами, имеющими кинематическую связь с первичным двигателем тепловоза [1].

Недостаток данного способа охлаждения тяговой электрической машины заключаются в том, что расход воздуха не зависит от температуры основных узлов электрической машины, контроль которых должен обеспечиваться в соответствии с ГОСТ 2582-2013 «Машины электрические вращающиеся тяговые», что не обеспечивает поддержание их допустимого температурного диапазона.

Известна тяговая электрическая машина постоянного тока, содержащая якорь с обмоткой, магнитную систему с обмотками возбуждения и добавочными полюса и датчики тока нагрузки и температуры охлаждающей среды, вентилятор охлаждения с приводом, в которой с целью повышения эксплуатационной надежности и КПД, быстродействия и устойчивости регулирования температуры, она снабжена датчиком падения напряжения на обмотке добавочных полюсов, блоком деления сигнала датчика падения напряжения на сигнал тока нагрузки, блоком умножения выходных сигналов указанных датчиков и блоком суммирования выходных сигналов указанных блоков и датчика температуры, при этом выход блока суммирования подключен к входу привода вентилятора охлаждения [2]. Здесь управление расходом охлаждающего воздуха осуществляется по суммарному сигналу датчика температуры охлаждающей среды (воздуха) и датчика температуры обмотки добавочных полюсов, которая определяется датчиком по току нагрузки электрической машины и падению напряжения на добавочных полюсах методом сопротивления.

Недостаток известной тяговой электрической машины заключаются в управлении охлаждением электрической машины по температуре вспомогательного узла — обмотки добавочного полюса, без учета температуры основных узлов электрической машины, допустимый диапазон которых должен обеспечиваться в соответствии с ГОСТ 2582-2013 «Машины электрические вращающиеся тяговые».

Известно устройство для автоматического управления температурным режимом электрической машины, содержащее центробежный вентилятор с приемным и выходным патрубками, воздухопровод для соединения выходного патрубка с корпусом электрической машины, независимый привод вентилятора, регулирующий производительность вентилятора орган и блок автоматического управления этим органом в функции температуры электрической машины, отличающееся тем, что, с целью упрощения и сокращения габаритов устройства, оно снабжено размещенным в приемном патрубке дополнительным осевым вентилятором с приводным электродвигателем, рабочие обмотки которого соединены с блоком автоматического управления [3].

Недостатками данного устройства являются повышенные весо-габаритные показатели системы охлаждения электрической машины по сравнению с системой охлаждения, содержащей один вентилятор, усложнение ее конструкции и низкая точность управления температурой основных узлов электрической машины, контроль которых должен обеспечиваться в соответствии с ГОСТ 2582-2013 «Машины электрические вращающиеся тяговые», поскольку расход воздуха на охлаждение машины в данном устройстве изменяется по температуре одной из последовательных обмоток — обмотки возбуждения или обмотки добавочных полюсов.

Известно устройство для автоматического регулирования температуры электрической машины с каналом для охлаждающего агента, содержащее вентилятор с управляемым приводом, датчики тока нагрузки и напряжения на клеммах электрической машины, падения напряжения на контролируемой обмотке электрической машины, частоты вращения вала вентилятора, температуры охлаждающего агента, блок деления выходного сигнала датчика падения напряжения на контролируемой обмотке электрической машины на сигнал датчика тока нагрузки, блок умножения сигнала датчика напряжения на клеммах электрической машины на сигнал датчика тока нагрузки, отличающееся тем, что в него введены два блока вычислений и блок перехода, причем на входы первого блока вычислений подают сигналы с датчика тока нагрузки, блока усиления сигнала по температуре охлаждающего агента, блока деления выходного сигнала датчика падения напряжения на контролируемой обмотке электрической машины на сигнал датчика тока нагрузки, блока умножения сигнала датчика напряжения на клеммах электрической машины на сигнал датчика тока нагрузки и блока перехода, в первом блоке вычислений вычисляют температуру контролируемой обмотки электрической машины по измеренному значению ее сопротивления в горячем состоянии с учетом величины сопротивления контролируемой обмотки в холодном состоянии и формируют управляющее воздействие с учетом заданной температуры, сигналов по току нагрузки, мощности электрической машины и температуре охлаждающего агента, на входы второго блока вычислений подают сигналы по температуре контролируемой обмотки электрической машины, вычисленной в первом блоке вычислений, блока усиления сигнала по температуре охлаждающего агента, датчика частоты вращения вала вентилятора и блока перехода, причем второй блок вычислений, содержащий математическую модель функционирования автоматической системы регулирования температуры электрической машины, формирует управляющее воздействие, пропорциональное величине рассогласования расчетной и заданной температуры контролируемой обмотки с учетом измеренной температуры этой обмотки, количества охлаждающего агента на момент снятия нагрузки и температуры охлаждающего агента, на вход блока перехода подают сигнал с датчика напряжения на клеммах электрической машины, блок перехода подает команду на передачу функций регулирования либо первому блоку вычислений в том случае, если сигнал датчика напряжения на клеммах электрической машины не равен нулю, либо второму блоку вычислений в том случае, если сигнал датчика напряжения на клеммах электрической машины отсутствует, причем управляющие сигналы обоих блоков вычислений подают на входы усилительно преобразующего устройства управляемого привода вентилятора [4].

Недостатком данного устройства для автоматического регулирования температуры электрической машины, работающей на базе математической модели, является то, что управление расходом охлаждающего воздуха осуществляется по сигналу рассогласования расчетной и заданной температуры контролируемой обмотки без учета температуры других узлов электрической машины, допустимый диапозон которых должен обеспечиваться в соответствии с ГОСТ 2582-2013 «Машины электрические вращающиеся тяговые», что не обеспечивает поддержание их требуемого температурного режима.

За прототип принята система охлаждения электрической машины по патенту РФ 2121209. от. 27.10.1998.

«Раскрытие изобретения»

Техническим результатом изобретения является обеспечение допустимого диапазона температур основных узлов электрической машины с одновременным повышением надежности тяговой электрической машины постоянного тока (ТЭМ) и ее КПД, что обеспечивается гарантированным поддержанием температуры узлов указанных ГОСТом 2582-2013 «Машины электрические вращающиеся тяговые» в зоне допустимого диапазона, а также уменьшение затрат энергии на охлаждение.

Указанный технический результат достигается за счет системы охлаждения тяговой электрической машины постоянного тока, состоящей из электрической машины постоянного тока, тепловой модели электрической машины постоянного тока, привода вентилятора охлаждения, состоящего из мотор-вентилятора на базе асинхронного двигателя и преобразователя частоты асинхронного двигателя, регулятора, блоков сравнения и логического блока ИЛИ. Указанная система выполнена с возможностью поддержания в заданном диапазоне температуры обмотки якоря, температуры обмотки возбуждения и температуры коллектора, и с возможностью изменения расхода воздуха на охлаждение в зависимости от максимальной ошибки регулирования температуры указанных узлов.

Краткое описание чертежей

На Фигуре представлена принципиальная блок-схема системы управления охлаждением ТЭМ.

Осуществление изобретения

Сущность изобретения состоит в следующем.

В соответствии с ГОСТ 2582-2013 «Машины электрические вращающиеся тяговые» определяются допустимые превышения средних температур трех узлов ТЭМ — обмотки якоря, обмотки возбуждения и коллектора (Таблица 1). При этом допустимое превышение температуры коллектора значительно ниже, чем обмоток, поскольку коллекторный миканит в своем составе содержит слюду и смолы.

При эксплуатации температуры контролируемых узлов ТЭМ могут изменяться в широких пределах, что вызвано изменением потерь и режима охлаждения. При существующей системе общего воздушного охлаждения ТЭМ и управлении расходом воздуха по контролируемой температуре одного узла другие узлы могут перегреваться, снижая надежность электрической машины. В том случае, если системой управления охлаждением предусмотреть запас по расходу воздуха, исключающий перегрев всех узлов электрической машины, будут иметь место повышенные затраты энергии на ее охлаждение и тем самым снижение результирующего КПД.

В настоящее время разработаны математические модели тяговой электрической машины, позволяющие с высокой точностью рассчитывать текущие температуры всех ее узлов в различных условиях эксплуатации (тепловая модель электрической машины) [5,6]. Предлагаемая система охлаждения строится по принципу мажоритарного управления по отклонению регулируемой величины и использует тепловую математическую модель электрической машины (см. Фигуру).

Предлагаемая система охлаждения ТЭМ состоит из собственно электрической машины 1, тепловой модели электрической машины 2, привода вентилятора охлаждения, состоящего из мотор-вентилятора на базе асинхронного двигателя 3 и преобразователя частоты асинхронного двигателя 4, регулятора 5, блоков сравнения 6 и логического блока j ИЛИ 7.

Система охлаждения работает следующим образом. В каждый момент времени в тепловую модель ТЭМ поступает информация о значении тока I и напряжения на цепях обмотки якоря и обмотки возбуждения U, частоты вращения якоря n, расхода охлаждающего воздуха G и температуры наружного воздуха t_нв.

По полученным данным тепловая модель ТЭМ рассчитывает текущие значения температуры обмотки якоря t_a, температуры обмотки возбуждения t_в, температуру коллектора t_кол. Рассчитанные значения контролируемых температур поступают на блоки сравнении, где определяются ошибки регулирования как разность между заданными значениями температур и их текущими расчетными значениями , , .

Полученные ошибки управления поступают на блок ИЛИ, где определяется максимальная ошибка управления Δe_max, которая является входной величиной регулятора.

На современных локомотивах для охлаждения тягового электрооборудования используются мотор-вентиляторы на базе асинхронных двигателей (АМВ). С учетом этого управляемый привод формируется из собственно асинхронного двигателя и преобразователя частоты ПЧ (см. Фигуру). По значению Δe_max, регулятор определяет изменение требуемого значения частоты питающего напряжения Δf₁, а преобразователь частоты реализует требуемое значение Δf₁.

Таким образом, система измеряет текущие значения ошибок регулирования температур контролируемых узлов ТЭМ и ведет управление по максимальной в данный момент времени ошибке регулирования температуры узлов.

Использование предлагаемой системы обеспечивает поддержание температур узлов ТЭМ в заданном диапазоне изменений, что повышает ее надежность в эксплуатации и не требует применения запаса расхода охлаждающего воздуха, что снижает затраты энергии на привод вентилятора, а соответственно повышает результирующий КПД ТЭМ.

Список литературы.

1. Космодамианский Андрей. Автоматическое регулирование температуры обмоток тяговых электрических машин локомотивов. Монография М. Маршрут 2005 г. 256 с., ил.

2. А.С. 15084040 (СССР). Тяговая электрическая машина постоянного тока / Н.М. Луков и др. — Опубл. в БИ, 1990, №29.

3. А.с. 1436198 (СССР). Устройство для автоматического управления температурным режимом электрической машины / П.Е. Шавшуков — Опубл. в БИ, 1988, №41.

4. Патент РФ 2121209. Устройство для автоматического регулирования температуры электрической машины / Космодамианский А.С., Луков Н.М. — Опубл. 27.10.1998.

5. Логинова Е.Ю. Моделирование нестационарных тепловых полей в тяговой электрической машине // «Электротехника». 1999. — №11 — С. 21-24.

6. Логинова Е.Ю., Попов А.А. Результаты экспериментального и расчетного определения температур обмоток тягового электродвигателя // «Вестник ВНИИЖТ». 1999. — №6 — С. 34-39.

Система охлаждения тяговой электрической машины постоянного тока, состоящая из электрической машины постоянного тока, тепловой модели электрической машины постоянного тока, привода вентилятора охлаждения, состоящего из мотор-вентилятора на базе асинхронного двигателя и преобразователя частоты асинхронного двигателя, регулятора, блоков сравнения и логического блока ИЛИ, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью поддержания в заданном диапазоне температуры обмотки якоря, температуры обмотки возбуждения и температуры коллектора и с возможностью изменения расхода воздуха на охлаждение в зависимости от максимальной ошибки регулирования температуры указанных узлов.

ПУЭ: 1.8.14. Машины постоянного тока

Внимание!

Ссылка на главу, вышедшую в другом издании

Нумерация может измениться

Данный документ находится в библиотеке сайта ElectroShock

Перейдите по ссылке, чтобы посмотреть список доступных документов

Там же находится ПУЭ в формате справки windows

Машины постоянного тока мощностью до 200 кВт, напряжением до 440 В следует испытывать по пп.1, 2, 4в, 8; все остальные — дополнительно по пп.3, 4а, 5 настоящего параграфа.

Возбудители синхронных генераторов и компенсаторов следует испытывать по пп.1-6, 8 настоящего параграфа.

Измерение по п.7 настоящего параграфа следует производить для машин, поступивших на место монтажа в разобранном виде.

1. Определение возможности включения без сушки машин постоянного тока.

Следует производить в соответствии с указаниями завода-изготовителя.

2. Измерение сопротивления изоляции.

а) Сопротивление изоляции обмоток.

Измерение производится при номинальном напряжении обмотки до 0,5 кВ включительно мегаомметром на напряжении 500 В, а при номинальном напряжении обмотки выше 0,5 кВ — мегаомметром на протяжении 1000 В.

Измеренное значение сопротивления изоляции должно быть не менее приведенного в табл.1.8.7.

б) Сопротивление изоляции бандажей.

Измерение производится относительно корпуса и удерживаемых ими обмоток.

Измеренное значение сопротивления изоляции должно быть не менее 0,5 Мом.

3. Испытание изоляции повышенным напряжением промышленной частоты.

Испытание производится по нормам, приведенным в табл.1.8.8. Продолжительность приложения нормированного испытательного напряжения 1 мин. Обмотки машин мощностью менее 3 кВт допускается не испытывать.

4. Измерение сопротивления постоянному току:

а) обмоток возбуждения. Значение сопротивления должно отличаться от данных завода-изготовителя не более чем на 2%;

б) обмотки якоря (между коллекторными пластинами). Значения сопротивлений должны отличаться одно от другого не более чем на 10% за исключением случаев, когда колебания обусловлены схемой соединения обмоток;

в) реостатов и пускорегулировочных резисторов. Измеряется общее сопротивление, проверяется целость отпаек. Значения сопротивлений должны отличаться от данных завода-изготовителя не более чем на 10%.

5. Снятие характеристики холостого хода и испытание витковой изоляции.

Подъем напряжения следует производить: для генераторов постоянного тока до 130% номинального напряжения; для возбудителей — до наибольшего (потолочного) или установленного заводом-изготовителем напряжения. При испытании витковой изоляции машин с числом полюсов более четырех среднее напряжение между соседними коллекторными пластинами должно быть не выше 24 В. Продолжительность испытания витковой изоляции — 3 мин.

Отклонение данных полученной характеристики от значений заводской характеристики должно находиться в пределах погрешности измерения.

6. Снятие нагрузочной характеристики.

Следует производить для возбудителей при нагрузке до значения не ниже номинального тока возбуждения генератора. Отклонение от заводской характеристики не нормируется.

7. Измерение воздушных зазоров между полюсами.

Измерения производятся у машин мощностью 200 кВт и более. Размеры зазора в диаметрально противоположных точках должны отличаться один от другого не более чем на 10% среднего размера зазора. Для возбудителей турбогенераторов 300 МВт и более это отличие не должно превышать 5%.

8. Испытание на холостом ходу и под нагрузкой.

Определяется предел регулирования частоты вращения или напряжения, который должен соответствовать заводским и проектным данным.

Таблица 1.8.7

Наименьшие допустимые значения сопротивления изоляции обмоток машин постоянного тока

Температура обмотки, ºС	Сопротивление изоляции R60″, Мом, при номинальном напряжении машин, В
	230	460	650	750	900
10	2,7	5,3	8,0	9,3	10,8
20	1,85	3,7	5,45	6,3	7,5
30	1,3	2,6	3,8	4,4	5,2
40	0,85	1,75	2,5	2,9	3,5
50	0,6	1,2	1,75	2,0	2,35
60	0,4	0,8	1,15	1,35	1,6
70	0,3	0,5	0,8	0,9	1,0
75	0,22	0,45	0,65	0,75	0,9

Таблица 1.8.8

Испытательное напряжение промышленной частоты изоляции машин постоянного тока

Испытуемый объект	Характеристика электрической машины	Испытательное напряжение, кВ
Обмотка	Машины всех мощностей	8Uном, но не ниже 1,2 и не выше 2,8
Бандажи якоря	То же	1
Реостаты и пускорегулировочные резисторы (испытание может проводиться совместно с цепями возбуждения)	—	1 (Изоляцию можно испытывать совместно с изоляцией цепей возбуждения)

 

Обмотка якоря машины постоянного тока

Обычно обмотка якоря машины постоянного тока наматывается одним из двух способов: намотка внахлест или волновая обмотка . Разница между этими двумя типами просто связана с концевыми соединениями и коммутационными соединениями проводника. Чтобы знать , как выполняется намотка якоря , необходимо знать следующие термины:

1. Шаг полюсов: Определяется как количество пазов якоря на полюс.Например, если имеется 36 проводников и 4 полюса, то шаг полюсов будет 36/4 = 9.
2. Размах катушки или шаг катушки (Ys): Это расстояние между двумя сторонами катушки, измеренное в пазах якоря.
3. Шаг передней части (Yf): Это расстояние, выраженное в проводниках якоря, между вторым проводником одной катушки и первым проводником следующей катушки. ИЛИ это расстояние между двумя сторонами катушки, которые подключены к одному сегменту коммутатора.
4. Задний шаг (Yb): Расстояние, на которое катушка продвигается по задней части якоря, называется обратным шагом катушки. Измеряется в проводниках якоря.
5. Результирующий шаг (Yr): Расстояние в терминах проводника якоря между началом одной катушки и началом следующей катушки называется результирующим шагом катушки.

Обмотка якоря может быть однослойной или двухслойной. Он может быть симплексным, дуплексным или мультиплексным, и эта кратность увеличивает количество параллельных трактов.

[Также читайте: Реакция якоря в машинах постоянного тока]

Круговая обмотка и волновая обмотка

При намотке внахлест последовательные катушки перекрывают друг друга. В симплексной намотке внахлест два конца катушки соединены с соседними сегментами коммутатора. Обмотка может быть прогрессивной или регрессивной. Постепенная намотка продвигается в том направлении, в котором намотана катушка. Обратный путь — регресс. На следующем изображении показано прогрессивная односторонняя намотка внахлест .

В волновой обмотке провод под одним полюсом сзади подсоединен к проводнику, который занимает почти соответствующее положение под следующим полюсом, имеющим противоположную полярность. Другими словами, все катушки, несущие ЭДС в одном направлении, соединены последовательно. На следующей схеме показана часть обмотки симплексной волны .

Двигатель постоянного тока

— обзор

1.1.2.2 Двигатель переменного тока

В отличие от двигателей постоянного тока, которые вращаются за счет силы между двумя стационарными магнитными полями, двигатели переменного тока используют силу между двумя вращающимися магнитными полями .В двигателях переменного тока вращаются и магнитное поле статора, и магнитное поле ротора, как показано на рис. 1.6.

Рисунок 1.6. Принцип работы электродвигателя переменного тока.

Как будет более подробно описано в главе 3, эти два магнитных поля всегда вращаются с одинаковой скоростью и, таким образом, неподвижны относительно друг друга и сохраняют определенный угол. В результате между ними создается постоянная сила, заставляя двигатель переменного тока работать непрерывно. Принцип работы двигателя переменного тока заключается в том, что сила, создаваемая взаимодействием двух вращающихся магнитных полей, заставляет ротор вращаться.

В двигателях переменного тока вращающееся магнитное поле на статоре создается трехфазными токами. Когда трехфазный источник питания переменного тока подается на трехфазные обмотки статора двигателя переменного тока, трехфазные токи, протекающие в этих обмотках, создают вращающееся магнитное поле. Мы рассмотрим вращающееся магнитное поле более подробно в главе 3.

Есть два типа двигателей переменного тока: синхронный двигатель и индукционный (асинхронный) двигатель . Они по-разному генерируют магнитное поле ротора, тогда как магнитное поле статора они создают одинаково.В синхронном двигателе, показанном на рис. 1.2B, магнитное поле на роторе создается либо постоянным магнитом, либо обмоткой возбуждения, питаемой от источника постоянного тока, отделенного от источника переменного тока статора. В этом двигателе магнитное поле ротора неподвижно относительно ротора. Следовательно, для создания крутящего момента ротор должен вращаться с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле статора. Эта скорость называется синхронной скоростью . Вот почему этот двигатель упоминается как синхронный двигатель .

С другой стороны, в асинхронном двигателе, показанном на рис. 1.2C, магнитное поле ротора генерируется мощностью переменного тока. Мощность переменного тока, используемая для возбуждения ротора, передается от статора за счет электромагнитной индукции. Из-за этой важной особенности этот двигатель упоминается как асинхронный двигатель . В асинхронном двигателе магнитное поле ротора вращается относительно ротора с некоторой скоростью. Для создания крутящего момента вращающиеся магнитные поля статора и ротора должны вращаться с одинаковой скоростью.Для этого необходимо, чтобы сам ротор вращался с разницей скоростей между вращающимися магнитными полями статора и ротора. Точнее, вращающееся магнитное поле ротора вращается с разницей скоростей между вращающимся магнитным полем статора и ротором. Чтобы использовать возбуждение ротора электромагнитной индукцией, скорость ротора всегда должна быть меньше синхронной скорости. Таким образом, асинхронный двигатель также называется асинхронным двигателем .

Среди двигателей, двигатели постоянного тока в основном используются для управления скоростью и крутящим моментом из-за своей простоты.Их простота заключается в том, что скорость двигателя постоянного тока пропорциональна напряжению, а его крутящий момент пропорционален току. Однако, поскольку электродвигатели постоянного тока требуют периодического обслуживания щеток и коммутаторов, в последнее время наблюдается тенденция к использованию необслуживаемых электродвигателей переменного тока, поскольку они могут предложить высокую производительность по разумной цене.

Как упоминалось ранее, электродвигатели могут работать по основному принципу, согласно которому крутящий момент, создаваемый взаимодействием между магнитными полями, создаваемыми в статоре и роторе, заставляет двигатель работать.Теперь мы рассмотрим требования, обеспечивающие непрерывную выработку крутящего момента двигателем.

Типы машин постоянного тока — javatpoint

Магнитный поток в машине постоянного тока создается катушками возбуждения, по которым проходит ток. Создание магнитного потока в устройстве за счет циркуляции тока в обмотке возбуждения называется возбуждением.

В машине постоянного тока есть два типа возбуждения. Раздельное возбуждение и самовозбуждение. При самовозбуждении ток, протекающий через обмотку возбуждения, подается самой машиной, а при раздельном возбуждении катушки возбуждения получают питание от отдельного D.C. Источник.

Основные типы машин постоянного тока:

1. Отдельно возбужденный постоянный ток машина
2. Шунтирующий или шунтирующий аппарат.
Машина для намотки серии
3. или серийная.
4. Станок для сложных раневых или составных ран.

---

1. Машина постоянного тока с независимым возбуждением:

Когда отдельный источник постоянного тока используется для питания катушек возбуждения, он называется машиной постоянного тока с раздельным возбуждением. Соединения, показывающие отдельно возбужденные машины постоянного тока, показаны на рисунке.

Рисунок: (a) Генератор постоянного тока с отдельным возбуждением, (b) Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением.

2. Машина постоянного тока с шунтирующей обмоткой:

Машины постоянного тока с параллельной обмоткой — это машина, в которой катушки возбуждения подключены параллельно якорю. Поскольку шунтирующее поле принимает полное выходное напряжение генератора или напряжение питания двигателя, оно обычно состоит из большого количества витков тонкой проволоки, по которой проходит небольшой ток возбуждения.

3. Последовательная обмотка D.C. Машина:

Машины постоянного тока с обмоткой серии

— это машины, в которых катушки возбуждения соединены последовательно с якорем. Последовательная обмотка возбуждения проводит ток якоря, а ток якоря велик, поэтому последовательная обмотка возбуждения состоит из нескольких витков провода с большим поперечным сечением.

Рисунок: (a) Последовательный генератор постоянного тока (b) Последовательный двигатель постоянного тока.

4. Станок постоянного тока с многослойной обмоткой:

Составная машина — это машина, которая имеет как шунтирующие, так и последовательные поля.Каждым полюсом машины вынесено по две обмотки. Последовательная обмотка имеет несколько витков с большим поперечным сечением, а шунтирующие обмотки имеют много витков тонкой проволоки.

Может быть подключен двумя способами. Если поле шунта подключено параллельно только якорю, машина называется составной машиной с коротким шунтом , а если поле шунта параллельно как якорю, так и последовательному полю, машина называется составной машиной с длинным шунтом . машина .

Рисунок: (a) Составной генератор постоянного тока с короткозамкнутым шунтом (b) Электродвигатель постоянного тока с короткозамкнутым шунтом.

Рисунок: (a) Генератор постоянного тока с длинным шунтом (b) Двигатель постоянного тока с длинным шунтом.

---

Уравнение ЭДС и крутящего момента:

При вращении якоря в катушках генерируется напряжение. В случае генератора э.д.с. вращения называется генерируемой ЭДС и E _r = E _g .

В случае двигателя э.д.с. вращения называется back e.м.д., а E _r = E _b . Выражение для обоих условий работы одинаковое.

Ток по часовой стрелке создает нисходящее поле, а ток против часовой стрелки создает восходящее поле.

Let,

P = количество полюсов.
Φ = Поток на полюс по Веберу.
Z = Общее количество жил в якоре.
N = Скорость якоря
A = Нет. параллельных путей в арматуре.

Рассмотрим проводник при перемещении из положения P в Q при шаге полюсов τP и необходимом для перехода из положения P в Q в t.

Время, необходимое для завершения N оборота = 1 мин. = 60 сек.

Время, затраченное на один оборот =

За один оборот якоря в генераторе полюса P каждый проводник якоря сокращает магнитный поток в P раз. Итак, поток, отсекаемый одним проводником за один оборот = фP

Средняя ЭДС, наведенная в одном проводнике

E.M.F генерируется на каждом параллельном пути, который соединен через пару угольных щеток.

E.M.F на каждом пути

Уравнение крутящего момента:

Потребляемая механическая мощность = ωT………………… уравнение 1
T — электромагнитный момент, развиваемый двигателем, работающим с n r.p.s.
Вырабатываемая электрическая мощность = E x I _a …………….. уравнение 2
Потребляемая механическая мощность = развиваемая электрическая мощность

При приравнивании уравнения 1 и 2

Приведенное выше уравнение является уравнением крутящего момента для машины постоянного тока.

Все о параллельных двигателях постоянного тока

Электродвигатели принесли нам почти все современные удобства, позволив нам преобразовывать электрическую энергию в физическое движение.Эти машины помогли нам создать такие чудеса, как автомобили, компьютеры, кондиционеры и многие другие, и все это благодаря разнообразию электродвигателей, доступных в промышленности. Электродвигатель постоянного тока — электродвигатель, который использует источник постоянного тока, такой как аккумулятор, — является одной из наших старейших, но наиболее широко используемых конструкций, и в этой статье мы рассмотрим один конкретный двигатель постоянного тока, шунтирующий двигатель постоянного тока. На первый взгляд может быть трудно увидеть уникальные свойства этого двигателя, но эта статья призвана помочь выделить эти различия и показать, почему инженеры могут предпочесть эту конструкцию другим моделям.Мы надеемся, что эта статья, изучающая настройку, работу и технические характеристики шунтирующих двигателей постоянного тока, поможет разработчикам сделать более осознанный выбор при реализации правильной машины для своего приложения.

Что такое щеточный двигатель постоянного тока и как они работают?

Шунтирующий двигатель постоянного тока — это просто особый тип щеточного двигателя постоянного тока, поэтому сначала будет полезно объяснить основные принципы, общие для всех этих конструкций (аналогичное объяснение можно найти в нашей статье, посвященной двигателям постоянного тока с последовательной обмоткой).Рисунок 1 дает упрощенное представление о том, как работают двигатели постоянного тока, и показан ниже:

Рисунок 1: Упрощенная принципиальная схема для двигателей постоянного тока. Обратите внимание, что поле статора не входит в схему, так как его размещение зависит от того, как работает двигатель постоянного тока.

Все двигатели постоянного тока состоят из двух основных частей: статора — внешнего корпуса, содержащего поле статора — и ротора — вращающегося компонента, подключенного к источнику постоянного тока. Поле статора может состоять либо из реальных постоянных магнитов, либо из обмотки провода (или «обмотки возбуждения», показанной на Рисунке 1), которые создают постоянное магнитное поле через роторный узел.Ротор состоит из якоря, обмоток якоря, выходного вала, коммутаторов и щеток. Обмотка якоря представляет собой катушку с проволокой, которая проходит через якорь или сквозь пластинки металла, которые направляют обмотки якоря вокруг выходного вала. Эти обмотки якоря оканчиваются кольцами коммутатора, которые механически отделены от источника постоянного тока (другими словами, они «парят» над выходным валом, ожидая, когда их толкнут щетки). Когда оператор запускает двигатель, щетки цепляются за кольца коммутатора и замыкают цепь, показанную на Рисунке 1, заставляя ток течь через щетки, кольца коммутатора и обмотки якоря.Когда это происходит, в якоре создается электромагнитное поле, которое противодействует постоянному полю статора. Поскольку ротор может свободно вращаться, взаимодействие между этими двумя полями вызывает вращение выходного вала и, в конечном итоге, полезную скорость / крутящий момент.

Что такое параллельные двигатели постоянного тока и как они работают?

Теперь, когда мы продемонстрировали общие принципы для всех двигателей постоянного тока, давайте взглянем на конкретную конструкцию шунтирующего двигателя постоянного тока, показанную ниже на рисунке 2:

Рисунок 2: Принципиальная схема параллельных двигателей постоянного тока.Обратите внимание, как обмотка возбуждения подключена параллельно ротору — это определяющая особенность шунтирующих двигателей постоянного тока.

Обмотка возбуждения, которая создает постоянное магнитное поле в статоре, подключается параллельно или шунтируется с обмотками якоря в шунтирующих двигателях постоянного тока. Таким образом, для питания якоря и обмоток возбуждения используется один и тот же источник питания, а общий ток разделяется на два «параллельных» пути.

Обмотка возбуждения в шунтирующих двигателях постоянного тока состоит из множества обмоток из тонкой проволоки для увеличения напряженности магнитного поля и ограничения тока через катушку.Таким образом, ток через катушку возбуждения уменьшается и, таким образом, увеличивается в якоре (помните, что при параллельном подключении ток распределяется). Больший ток в якоре вызывает явление, известное как обратная ЭДС — электродвижущая сила, создаваемая магнитным полем якоря, вращающимся через поле статора, — а обратная ЭДС служит для уменьшения тока через обмотку якоря.

По мере увеличения скорости двигателя эта обратная ЭДС увеличивается (так как она пропорциональна скорости) и аналогичным образом уменьшается, если вращение якоря замедляется из-за увеличения нагрузки на вал.Это дает шунтирующим двигателям постоянного тока уникальную способность саморегулировать свою скорость, особенно когда на вал передается большая нагрузка, и именно поэтому они в просторечии известны как двигатели с постоянной скоростью. Таким образом, параллельные двигатели имеют низкий пусковой момент, но постоянную скорость; это противоположно последовательным двигателям постоянного тока, у которых их пусковой момент высок, но практически отсутствует регулирование скорости (для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашей статьей о двигателях постоянного тока с последовательной обмоткой). Они также обратимы, просто изменяя полярность катушки якоря или катушки возбуждения.

Характеристики шунтирующего двигателя постоянного тока

Полезно знать, на какие значения следует обращать внимание при выборе шунтирующего двигателя постоянного тока. В этой статье будут кратко рассмотрены некоторые общие спецификации, на которые следует обратить внимание, но знайте, что в большинстве спецификаций содержится гораздо больше информации, чем то, что здесь представлено.

Напряжение якоря / возбуждения

Из-за того, что якорь и обмотки возбуждения соединены параллельно, на каждый компонент подается два отдельных напряжения (но не на всю схему; помните, что они используют один и тот же источник питания).В результате в большинстве спецификаций указано два номинальных напряжения для шунтирующего двигателя постоянного тока, по одному для каждой катушки, часто с диапазонами. Например, шунтирующий двигатель может иметь напряжение возбуждения 220 В при максимальном напряжении до 500 В и напряжение якоря 440 В при максимальном напряжении до 600 В. Обратите внимание, что эти значения зависят от типоразмера и конструкции двигателя. Также обратите внимание, что двигатель постоянного тока никогда не следует использовать с источником питания, напряжение которого меньше его номинального, так как это снижает производительность и может перегреться.

Мощность и базовая скорость

Поскольку эти двигатели считаются с постоянной скоростью, в спецификации обычно указывается базовая скорость, а также соответствующая мощность (в л.с. или кВт).Эти значения показывают, что двигатель может двигаться и с какой скоростью он может его перемещать, хотя параллельные двигатели постоянного тока могут регулировать свою скорость даже при изменяющейся нагрузке (в пределах безопасных допусков).

Размер рамы / размеры

NEMA устанавливает стандартные размеры рамы, чтобы облегчить покупателю замену двигателей между продавцами, но обычно размеры двигателя всегда указываются, если он не стандартизован. Размер рамы даст разработчику представление о том, как двигатель впишется в любое конкретное приложение, и даст приблизительное представление о том, насколько мощным будет двигатель (хотя размер может вводить в заблуждение для электродвигателей, поэтому будьте осторожны).

Срок службы кисти

Поскольку шунтирующий двигатель постоянного тока использует щетки для подключения источника питания к вращающемуся якорю, они, естественно, со временем ухудшатся. Большинство двигателей постоянного тока имеют срок службы щеток (в часах), поэтому операторы могут записывать, как долго щетки использовались и когда их заменять. Очень важно поддерживать эти двигатели, заменяя при необходимости щетки, иначе они могут выйти из строя или выйти из строя.

Заявки и критерии выбора

В отличие от серийных двигателей постоянного тока, параллельные двигатели постоянного тока превосходны в приложениях с постоянной скоростью благодаря конструкции с обратной связью.Они могут поддерживать точные обороты и крутящий момент даже при различных условиях нагрузки, что делает их полезными для деревообрабатывающего оборудования, шлифовальных машин или любого другого вращающегося электроинструмента, где пользователь будет противодействовать вращению. Обратите внимание, что эти двигатели имеют низкий пусковой крутящий момент, поэтому эти двигатели не могут быть подключены к большой нагрузке при запуске и должны подождать до использования на номинальной скорости. Они также немного падают в скорости при большой нагрузке, поскольку ни один электродвигатель не работает в идеальных условиях, и все они испытывают потери.

Эти двигатели очень просты в установке, с возможностью работы с регуляторами скорости.Чаще всего они используются в вышеупомянутых электроинструментах, а также в дворниках, автомобильных окнах, компьютерных вентиляторах и т. Д. Хотя изначально шунтирующие двигатели постоянного тока не такие мощные, как их собратья с последовательной обмоткой, они не дают сбоев при выдаче механической выходной мощности, обеспечивая пользователям постоянство в отношении исходной выходной мощности.

Сводка

В этой статье представлено понимание того, что такое шунтирующие двигатели постоянного тока и как они работают. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:

1. https://itp.nyu.edu/physcomp/lessons/dc-motors/dc-motors-the-basics/
2. http://www.ece.uah.edu/courses/material/EE410-Wms2/Electric%20motors.pdf
3. http://www2.mae.ufl.edu/designlab/Class%20Projects/Background%20Information/Electric%20DC%20motors.htm

Прочие изделия из двигателей

Больше от Machinery, Tools & Supplies

Машина постоянного тока — конструкция, работа, типы и применение

Конструкция, классификация и применение машины постоянного тока

По источнику поставки электрические машины подразделяются на два типа; Машина переменного тока и машина постоянного тока.Например, двигатели постоянного тока, генератор постоянного тока и т. Д.

Что такое машина постоянного тока?

Машина постоянного тока — это электромеханическое устройство, которое используется для преобразования электрической энергии в механическую или наоборот.

Машина постоянного тока, используемая для преобразования электрической энергии в механическую, известная как двигатель постоянного тока и машина постоянного тока, используемая для преобразования механической энергии в электрическую энергию, известная как генератор постоянного тока . Одна и та же машина может использоваться как двигатель или генератор.Конструкция одинакова для двигателя постоянного тока и генератора постоянного тока.

Работа машины постоянного тока

Принцип работы и работа машины постоянного тока основаны на эффекте, когда проводящие катушки с током лежат в магнитном поле, магнитное поле создает на них механическую силу, известную как крутящий момент, которая вращает проводящие катушки в магнитном поле. Направление этого создаваемого крутящего момента можно найти с помощью правила для левой руки Fleming (большой палец — сила).Создаваемую силу можно рассчитать следующим образом.

F = BIL

Где:

• F = Величина создаваемой силы
• B = плотность потока
• I = текущий
• L = длина проводника

Конструкция машины постоянного тока

Машина постоянного тока состоит из ярма, полюса и башмака полюса, сердечника якоря, обмотки возбуждения, обмотки якоря, коммутатора, щеток, вала и подшипников. Давайте подробно объясним каждую часть с приложениями.

Коромысло также известно как рама. Он покрывает внутренние части машины. Ярмо изготовлено из магнитного материала с низким сопротивлением, такого как железо и кремнистая сталь. Как правило, ярмо изготавливается из железа, поскольку железо является более дешевым материалом, чем сталь.

Хомут используется для механической защиты машины. Второе применение ярма заключается в том, что оно обеспечивает путь прохождения потока с низким сопротивлением. Итак, поток завершает свой путь через ярмо.

Обмотка возбуждения размещена на опоре. Когда ток проходит через обмотку возбуждения, он создает электрическое магнитное поле и ведет себя как электромагнит. Полюсные башмаки расширяют поток во всей машине.

Для уменьшения потерь на вихревые токи полюс и полюсные наконечники ламинированы. Для небольшой машины полюс не нужно ламинировать. Он изготовлен из тонкой литой стали.

Полюс используется для обеспечения корпуса обмотки возбуждения и создания магнитного потока внутри машины.Полюсные башмаки используются для поддержки обмотки возбуждения и предотвращения соскальзывания с полюса.

Обмотка раненая на полюс известна как обмотка возбуждения. Внешний источник постоянного тока или выход машины используется для возбуждения обмотки возбуждения.

Изготовлен из меди и алюминия. В большинстве случаев обмотка сделана из меди, но если учесть стоимость, используется алюминий.

Когда через катушку проходит постоянный ток, создается электромагнитное поле (ЭДС).И он намагнитит полюс и создаст магнитный поток. Поток, создаваемый полюсом, прямо пропорционален току возбуждения. И потока больше, чтобы пересечь воздушный зазор между якорем и полюсными наконечниками.

Сердечник якоря имеет цилиндрическую форму и соединен шпонкой с валом. Итак, это вращающаяся часть машины постоянного тока.

Сердечник якоря состоит из ряда пазов на внешней периферии. Он состоит из материала с низким сопротивлением и высокой проницаемостью, такого как чугун или стальное литье.Сердечник якоря ламинирован для уменьшения вихревого тока.

На сердечнике якоря имеются отверстия для отвода тепла от машины. В пазах якоря размещается обмотка якоря.

Обмотка якоря размещается в пазах сердечника якоря. Он состоит из меди. Обмотка якоря связана с магнитным потоком и индуцирует вращающийся магнитный поток.

По подключению различают два типа обмоток; Круговая обмотка и волновая обмотка

При намотке внахлест проводники якоря делятся на группы по количеству полюсов P.Все группы жил соединены параллельно и в одну группу, все жилы соединены последовательно.

Для намотки внахлест количество параллельных путей (A) совпадает с количеством полюсов (P). Поэтому при намотке внахлест количество параллельных дорожек больше. И за счет этого он способен обеспечивать больший ток нагрузки.

Таким образом, обмотка внахлестку используется для низковольтных и сильноточных приложений.

В волновой обмотке все проводники соединены последовательно, образуя единую петлю.Для волновой обмотки, независимо от количества полюсов, количество параллельных путей всегда равно двум.

Таким образом, при волновой намотке доступно меньшее количество параллельных путей по сравнению с намоткой внахлест. Волновая обмотка используется для высоковольтной машины постоянного тока с низким током.

Коммутатор установлен на валу машины. Проводники якоря вращаются. Коммутатор служит для соединения вращающегося провода якоря со стационарной внешней цепью.

Преобразует переменный крутящий момент, возникающий в якоре, в однонаправленный крутящий момент.Другими словами, он преобразует крутящий момент переменного тока в крутящий момент постоянного тока. Итак, он работает аналогично выпрямителю.

Состоит из нескольких сегментов из твердотянутой меди для уменьшения износа и истирания. Потому что он соединяет вращающуюся часть с неподвижной. Все сегменты изолированы друг от друга тонким слоем слюдяных, бумажных или пластиковых изоляторов.

Коммутатор подключил внешнюю цепь через щетки. Щетки используются для отвода тока от проводников якоря.

В большинстве случаев щетки состоят из угля для малых машин и электрографитовых щеток, используемых для больших машин.

Щетки удерживают поверхность коммутатора пружинами прямоугольной формы.

Вал, используемый для передачи механической энергии. Если машина используется в качестве двигателя постоянного тока, механическая мощность передается от двигателя к нагрузке. А если машина используется в качестве генератора постоянного тока, механическая энергия передается от первичного двигателя к машине.

Подшипники используются на конце вала. Трение между вращающейся и неподвижной частями уменьшено с помощью подшипников.

Подшипник изготовлен из любого твердого материала, например из углеродистой стали. В машине постоянного тока используется шарнирное или роликовое ограждение.

Классификация машин постоянного тока

Существуют различные типов машин постоянного тока , такие как последовательные, шунтирующие, короткие и длинные шунтирующие соединения.

По методу возбуждения поля машины постоянного тока классифицируются как;

• Машина постоянного тока с независимым возбуждением
• Машина постоянного тока с самовозбуждением

Машина постоянного тока с независимым возбуждением

В машинах этого типа обмотка возбуждения электрически отделена от обмотки якоря.Между обмоткой возбуждения и обмоткой якоря нет физической связи.

В машинах с независимым возбуждением обмотка возбуждения питается от отдельного источника питания.

Машина постоянного тока с самовозбуждением

В этом типе машины постоянного тока обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены друг с другом. Рабочие характеристики машины зависят от соединения между обмоткой возбуждения и обмоткой якоря.

По соединению между обмоткой возбуждения и обмоткой якоря машины постоянного тока классифицируются как:

• Машина постоянного тока серии
• Аппарат постоянного тока с шунтирующей обмоткой
• Машина постоянного тока с комплексной обмоткой

Машина постоянного тока серии

В этом типе машины постоянного тока обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря.Из-за последовательного соединения весь ток нагрузки (ток якоря) будет проходить от обмотки возбуждения. И этот ток большой.

Итак, последовательная обмотка возбуждения спроектирована с меньшим количеством витков толстого провода для уменьшения сопротивления.

Машина постоянного тока с шунтирующей обмоткой

В этом типе машины постоянного тока обмотка возбуждения включена параллельно обмотке якоря. Из-за параллельного включения на обмотку возбуждения подается полное напряжение.Поэтому шунтирующая обмотка имеет большое количество витков с высоким сопротивлением.

Ток через обмотку возбуждения очень мал. Это всего 5% от номинального тока якоря.

Машина постоянного тока с комплексной обмоткой

В этом типе машины постоянного тока используются две обмотки возбуждения. Одна обмотка включена последовательно, а вторая обмотка включена параллельно обмотке якоря.

Составная машина постоянного тока с обмоткой также подразделяется на два типа;

Короткий шунт

Если обмотка возбуждения подключена параллельно только обмотке якоря, машина называется машиной постоянного тока с короткой шунтирующей составной обмоткой.

Длинный шунт

Если обмотка возбуждения подключена параллельно с комбинацией последовательной обмотки возбуждения и обмотки якоря, машина называется машиной постоянного тока с составной обмоткой с длинным шунтом.

Применение машин постоянного тока

Использование электроэнергии увеличивается день ото дня. Из-за этого также увеличивается использование электрических машин.

Как правило, машины постоянного тока используются для возбуждения генератора переменного тока, а также во многих областях, таких как сварочный процесс, приводы электродвигателей с регулируемой скоростью, электролитические процессы и гальваника.

Малые машины постоянного тока используются в качестве устройства управления, например, для определения скорости, позиционирования и отслеживания.

Применение машины постоянного тока в качестве двигателя

Двигатели постоянного тока делятся на три типа; Серийный двигатель, параллельный двигатель и составной двигатель.

Двигатели серии используются там, где необходим высокий пусковой момент и возможно изменение скорости.

Пример — пылесос, воздушный компрессор, краны, тяговая система и т. Д.

Параллельный двигатель используется в приложениях, где пусковой момент больше не требуется и работает с постоянной скоростью.

Пример — конвейер, подъемник, вентиляторы, токарный станок, прядильная машина, центробежный насос и т. Д.

Составные двигатели используются в приложениях, где требуется более высокий пуск с постоянной скоростью.

Примеры — прокатные станы, лифты, конвейеры, прессы и т. Д.

Применение машины постоянного тока в качестве генератора

Генераторы постоянного тока подразделяются на генераторы постоянного тока с раздельным возбуждением, генераторы с параллельной обмоткой и генераторы с последовательной обмоткой.

• Генератор постоянного тока с независимым возбуждением

Этот тип генератора постоянного тока используется для испытаний в лабораториях. Потому что он имеет широкий диапазон входного напряжения. Он также используется в качестве источника питания для двигателя постоянного тока.

Этот тип генератора используется для зарядки аккумулятора и обеспечения возбуждения генератора переменного тока. Этот тип генератора также используется для освещения.

Генераторы с последовательной обмоткой

используются в локомотивах для обеспечения тока возбуждения, а также для рекуперативного торможения.В системе распределения электроэнергии он используется как усилитель.

Сообщения об электродвигателях

Обмотка якоря в машине постоянного тока

Обмотка якоря в машине постоянного тока:

Что касается однокатушечной элементарной обмотки якоря в машине постоянного тока на рисунках 5.13 и 5.14 (a), которая показывает B-волну машины относительно элементарной полноповоротной катушки,

Пусть Предположим, что катушка лежит в межполюсной области, так что полный поток / полюс (Φ) связывает ее положительно.Пусть теперь он проходит через один полюсный шаг (π рад эл.) За время Δt, так что его магнитные потокосцепления меняют знак. Изменение потоковых звеньев во время этого движения составляет

Якорь машины постоянного тока всегда имеет двухслойную обмотку, образующую замкнутую цепь. Катушки соответствующим образом соединены с сегментами коммутатора, сделанными из меди, изолированными друг от друга и от вала и сформированными в цилиндр. Ток с обмотки якоря отводится через щетки, расположенные на периферии коммутатора, эл. На 180 °.отдельно. Альтернативные щетки имеют противоположную полярность, и все щетки одной полярности подключаются параллельно, в результате чего образуются два вывода якоря. Такое расположение заставляет замкнутую обмотку якоря образовывать последовательно-параллельную цепь.

Постоянное напряжение между щетками противоположной полярности представляет собой сумму средних напряжений последовательных витков между щетками, каждый виток имеет одинаковое среднее напряжение. Количество параллельных путей зависит от типа намотки якоря в машине постоянного тока и типа нахлеста и составляет

Пусть машина намотана проводниками Z (проводник — активная часть стороны витка).Поскольку два проводника образуют виток,

Используя уравнение. (5.23) ЭДС якоря, равная ЭДС параллельного пути, равна

Поскольку P имеет минимальное значение 2, волновая обмотка будет иметь большую ЭДС якоря, чем накатанная обмотка при тех же значениях Φ, n и Z.

Детали обмотки машины постоянного тока, где щетки размещаются на коммутаторе и как формируются параллельные пути.

Принципиальная схема (макет) генератора постоянного тока изображена на рис.5.23. Поскольку ток в цепях возбуждения и якоря является постоянным, индуктивности цепи не играют никакой роли. Цепь якоря имеет напряжение E _a , индуцированное в ней вращением якоря в потоке / полюсе Φ в соответствии с соотношением по формуле. (5.25). Когда якорь подает ток во внешнюю цепь (нагрузку), в цепи якоря возникает падение напряжения I _a R _a , где R _a — эффективное сопротивление якоря.Применение закона Кирхгофа к цепи якоря дает

где В _t — напряжение на клеммах генератора. Это уравнение обычно записывается как

Двигатели постоянного тока

Электродвигатели постоянного тока

Когда дело доходит до истории электродвигателей, электродвигатели постоянного тока были первой широко используемой формой электродвигателей, так как они могли питаться от существующего источника постоянного тока для освещения. системы распределения.Первый коммутаторный электродвигатель постоянного тока, способный вращать механизмы, был изобретен британским ученым Уильямом Стердженом в 1832 году, а электродвигатель переменного тока — нет. продолжались до конца 1800-х годов, примерно в 1887 году.

Двигатели постоянного тока

изначально проектировались как двухобмоточные. Одна обмотка находилась в «раме» или неподвижной части двигателя, а вторая обмотка — во вращающейся. (арматура) часть. Взаимодействие магнитных полей, образованных этими двумя обмотками, вызвало вращение якоря и, таким образом, способность питать нагрузку.

Строительство

Одним из основных компонентов якоря двигателя постоянного тока является «коммутатор». Это устройство представляет собой механизм, используемый для переключения входа большинства машин постоянного тока. Он состоит из токопроводящих сегменты изолированы друг от друга и от вала. Сегменты коммутатора («стержни») подсоединяются к концам катушек обмотки якоря. Подается ток через неподвижные щетки, которые контактируют с вращающимся коммутатором.Эти щетки имеют определенную ширину, соответствующую ширине сегмента коммутатора, так что приложенный ток возбуждает ОДНУ катушку якоря. Когда эта катушка находится под напряжением, она создает магнитное поле, которое выравнивается со стационарным полем в раме, и якорь поворачивается на это небольшое приращение ширины сегмента. Когда якорь поворачивается, этот процесс повторяется в течение полного вращения на 360 °. Поскольку двигатель подключен к машина (нагрузка), мощность передается оптимальным образом, так как якорь вращается от полюса к полюсу.В свете усовершенствованных технологий электронных контроллеров, бессенсорных элементов управления, асинхронных двигателей и поля двигателей с постоянными магнитами, асинхронные двигатели с внешней коммутацией и двигатели с постоянными магнитами вытесняют двигатели с электромеханической коммутацией во многих приложения и проекты.

Корпуса

Для двигателей постоянного тока существуют различные типы корпусов, наиболее распространенным из которых является ODP (Open Drip-Proof).Существуют также TEFC (полностью закрытые с вентиляторным охлаждением), TENV (полностью закрытые Невентилируемый и TEBC (полностью закрытый вентилятор с охлаждением). Последний тип, TEBC, используется в большинстве конструкций с более высокой мощностью, а двигатели — в приложениях, которые могут быть в условиях эксплуатации, когда они работают на МЕДЛЕННЫХ СКОРОСТЯХ в течение длительного времени. В таком случае низкая скорость вращения якоря не позволяет внутренний охлаждающий вентилятор для производства воздуха, достаточного для уменьшения количества тепла, выделяемого необходимой мощностью.Как и в случае с другими электродвигателями, условия эксплуатации также имеют существенное значение. подшипник от выбранного типа корпуса.

Мы рассмотрим некоторые дополнительные сведения о некоторых из этих типов двигателей постоянного тока в темах, показанных ниже.

Двигатель с параллельной обмоткой

На этой фотографии показан корпус 4-полюсного двигателя постоянного тока с «шунтирующими» (полевыми) катушками {4 большие катушки} и «межполюсными» (компенсирующими) катушками (4 меньшие / более узкие катушки}.В «шунтирующие» полевые катушки состоят из множества витков проволоки малого диаметра; т.е. 1500 витков провода №24, в то время как «последовательные» катушки состоят из нескольких витков большого провода; т.е. 20 витки провода №8 (или провода прямоугольного сечения). Последовательные катушки подвергаются воздействию того же тока, который проходит через цепь якоря (который может составлять сотни ампер), поэтому провод должен быть достаточно большим, чтобы пропускать ток без перегрева.Шунтирующие обмотки могут использоваться и / или подключаться в различных конфигурациях для изменения рабочего режима. характеристики мотора.

Например, они могут быть подключены к «отдельному» внешнему источнику питания, чтобы предложить им полностью управляемый, изменяемый и изменяемый источник напряжения. Этот источник энергии мог бы обычно поступают от привода постоянного тока, который питает двигатель постоянного тока, или, возможно, от «системы аккумуляторных батарей» или, возможно, от генератора.Этот двигатель обычно называют «двигателем с шунтирующей обмоткой с отдельным возбуждением». Этот тип подключения также позволяет «поле» двигателя будет «ослаблено», что заставит двигатель работать быстрее. Иногда, в конкретном приложении, желательно «увеличить скорость» двигателя во время конкретная часть операции. Например, вы можете захотеть, чтобы механизированная «станина строгального станка» работала медленно в направлении «резания», но двигалась быстрее при «обратном» ходе кровать.Ослабление поля может помочь нам добиться этого.

Их также можно подключить «параллельно» (шунтировать) к источнику питания якоря. В связи с этим изменение напряжения и тока якоря также повлияет на напряжение в катушки возбуждения. Таким образом подключается стандартное подключение двигателя, который обычно работает с одной постоянной скоростью.

«Межполюсные» или «компенсирующие» обмотки были введены в двигатель постоянного тока для улучшения процесса «коммутации» между щетками и коммутатором.Без между полюсами обмоток было обнаружено, что щетки излучают дугу или искры во время работы двигателя. Улучшение за счет введения этих катушек в цепь якоря было важно в отношении обслуживания двигателя постоянного тока.

Эти промежуточные полюса помогают управлять «скоростью» и «компенсировать крутящий момент», поскольку они применяются к цепи якоря двигателя. Это действие переносит нас в «Стабилизированный двигатель с шунтовой обмоткой» обсуждается в следующей теме.

Стабилизированный двигатель с параллельной обмоткой

Стабилизированный двигатель с параллельной обмоткой — это двигатель постоянного тока, в котором полевая цепь подключается либо параллельно цепи якоря, либо к отдельному источнику напряжения возбуждения, и к которому также добавлена ​​легкая последовательная обмотка для предотвращения повышения скорости или для получения небольшого снижения скорости с увеличением нагрузки.

Эта «вторичная» катушка состоит не более чем из нескольких витков (от 4 до 20) провода «большого» размера. Эта катушка включена последовательно с цепью «якорь». поэтому он должен быть достаточно большим, чтобы проводить тот же ток, который проходит через якорь. Эта катушка с проволокой просто «наматывается» на окружность шунтирующей катушки. А слой изоляционной бумаги обычно сначала оборачивается, затем витки последовательной катушки наматываются вокруг бумаги.Он удерживается на месте стяжным шнуром, а затем изолируется окунание и запекание, чтобы собрать всю сборку в одну жесткую упаковку. Этот законченный узел затем помещается на «полюсный наконечник» двигателя (сборка из многослойной стали) и подключен к другим катушкам возбуждения.

Когда сборка двигателя завершена, «последовательные» катушки будут соединены вместе и включены последовательно с цепью якоря. Когда двигатель находится под напряжением, шунт поле подключено к его источнику питания (источник постоянного напряжения), а цепь якоря подключена к его источнику питания (обычно переменный источник питания от постоянного тока диск или что-то подобное).Во время работы двигателя шунтирующее поле создает постоянный магнитный поток, используемый для создания крутящего момента, необходимого для перемещения нагрузки. В качестве нагрузка увеличивается, ток через «последовательную» катушку увеличивается, потому что он находится в цепи якоря. По мере увеличения тока создается дополнительный поток (поскольку он обернутый вокруг катушки шунтирующего поля), и этот поток ДОБАВЛЯЕТСЯ к нормальному потоку, создаваемому катушками шунтирующего поля. Двигатель стал БОЛЕЕ мощнее, но, что более важно, он стал более мощным. становятся более СТАБИЛЬНЫМИ, когда речь идет о регулировании скорости в зависимости от увеличения нагрузки.Отсюда и название … Стабилизированный двигатель постоянного тока с шунтовой обмоткой.

Этот тип двигателя широко используется в: печатных машинах, конвейерах, упаковочном оборудовании и экструдерах для пластмасс.

Мотор с комбинированной обмоткой

Двигатель с составной обмоткой — это двигатель постоянного тока с двумя отдельными обмотками возбуждения. Одно, обычно преобладающее поле (а также обычно «шунтирующее» поле), подключено параллельно цепи якоря, а другое — последовательно с цепью якоря.

Оба набора катушек возбуждения объединяются для обеспечения необходимого количества магнитного потока для облегчения вращения якоря с желаемой скоростью. Двигатель постоянного тока с составной обмоткой — это сочетание двигателя постоянного тока с шунтирующей обмоткой и двигателя постоянного тока с последовательной обмоткой, что приводит к лучшим характеристикам обоих этих типов. Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой очень эффективен при регулировании скорости, в то время как двигатель серии постоянного тока имеет высокий пусковой момент.

Таким образом, двигатель постоянного тока с комбинированной обмоткой представляет собой компромисс между двумя конструкциями двигателя, что дает хорошее сочетание правильного регулирования скорости и высокого пускового момента. И хотя его пусковой крутящий момент не такой высокий, как у двигателя постоянного тока с последовательной обмоткой, Регулировка скорости так же хороша, как и у двигателя постоянного тока с параллельной обмоткой, общие характеристики двигателя постоянного тока с комбинированной обмоткой находятся где-то между этими двумя крайними пределами.

В дополнение к определениям, упомянутым выше, нам необходимо также обсудить ДВА типа двигателей постоянного тока с «составной» обмоткой … «Накопительный» и «Дифференциальный». Эти два типа различаются в зависимости от способа подключения «составной (последовательной) обмотки».

Если «шунтирующая» обмотка и «последовательная» обмотка соединены таким образом, что магнитные линии потока становятся «аддитивными», то мы говорим, что двигатель подключен как «Кумулятивный составной двигатель постоянного тока.В таком подключении, когда двигатель нагружен, через «последовательную» обмотку проходит больше тока. А поскольку магнитный поток, создаваемый «Последовательная» и «шунтирующая» обмотки находятся в «аддитивном» режиме, магнитный поток сильнее, двигатель имеет больший пусковой момент, и регулирование скорости будет лучше. Это самый желательный и часто используемый тип соединения для «двигателя постоянного тока с составной обмоткой». Типичные области применения двигателя постоянного тока со смешанной обмоткой: смесители, прокатные станы, штамповочные прессы, ножницы по металлу и подъемники.

Второй тип подключения — это «дифференциальный» двигатель постоянного тока с комбинированной обмоткой. В связи с этим «шунтирующая» обмотка и «последовательная» обмотка включаются в такие таким образом, магнитный поток, создаваемый этими обмотками, на самом деле «противостоит» друг другу. Таким образом, двигатель будет работать с довольно постоянной скоростью независимо от Загрузка. Этот тип соединения широко используется в лифтах и ​​эскалаторах.

Мотор с обмоткой серии

Двигатели серии

DC — это сила поездов, которые мы видим каждый день. Поскольку широкая общественность смотрит на железнодорожную отрасль, двигатель поезда — это «дизельный» двигатель. И наш общие знания останавливаются и говорят: «… дизель — это как дизель», а по дороге — «18-колесный». Но это просто неправильный ответ. «Дизельный» участок железной дороги двигатель поезда отрасли, это не что иное, как «ДИЗЕЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР».Мощность, приводящая в движение колеса двигателя, представляет собой «тяговый двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой».

Поскольку скорость серийного двигателя может быть опасно высокой, серийные двигатели часто имеют редуктор или напрямую подключаются к нагрузке. Посмотрите внимательно на фото выше; увидеть эту «дыру» вправо, рядом с ведущей шестерней? Это отверстие, через которое устанавливается ось ведущих колес двигателя поезда. Прямозубая шестерня на оси двигателя сопрягается с шестерня двигателя постоянного тока для абсолютно прямого подключения.Здесь нет пробуксовки коробки передач !!!

А «Серийный двигатель постоянного тока» имеет якорь и катушки возбуждения, соединенные ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО. Это означает, что на обе обмотки подается одинаковое НАПРЯЖЕНИЕ. Кроме того, ток, который проходит через якорь проходит и через катушки возбуждения. Мы знаем из других тем, что по мере увеличения тока / напряжения увеличивается напряженность поля, а это означает, что ВЫХОД МОМЕНТ, увеличивается.

Итак, когда мы загружаем серийный двигатель, он замедляется и требует БОЛЬШЕ тока для управления нагрузкой.По мере увеличения ТОКА через якорь и поле поле усиливается и мотор становится мощнее. Это похоже на бесконечный круг. И на самом деле это так. Ограничивающим фактором является НАПРЯЖЕНИЕ. Если мы будем контролировать напряжение, мы контролируем скорость. Так что нам делать с поездом? Если инженер хочет, чтобы поезд ехал быстрее или ему нужно больше мощности, он (или она) нажимает на педаль газа. «дизельный генератор».Генератор ускоряется, выдает БОЛЕЕ ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ, а «последовательный двигатель постоянного тока» работает быстрее. Если двигатель глохнет, как если бы поезд остановился, получить «газиллион» грузовых вагонов, катящихся, ток ограничен только общим сопротивлением обмоток и крутящий момент может быть очень большим, но есть опасность обмотки перегреваются.

Серьезная проблема, связанная с двигателем постоянного тока с последовательным возбуждением, заключается в том, что делает его таким мощным устройством.Двигатель ДОЛЖЕН быть подключен к нагрузке определенного размера. Если двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой подключен к «бесконечно» мощному источнику, и эта мощность находится под напряжением, НО двигатель не подключен к нагрузке, двигатель будет ОЧЕНЬ БЫСТРО ускоряться, и из-за природы устройства, будет пытаться ПРОДОЛЖИТЬ ускоряться. Он практически (и буквально) разлетится !!! Поэтому, если вы работаете с серийным двигателем постоянного тока, НИКОГДА не включайте его без с подключенной нагрузкой.

Двигатель с постоянным магнитом

Электродвигатель постоянного тока с постоянными магнитами стал важным инструментом в приложениях с низкой мощностью. У нас все еще есть проблема обслуживания, как и у любого двигателя постоянного тока, щетки и коммутатор, но «шунтирующее» поле (обмотка возбуждения) заменено постоянным магнитом.

Строительство

Магнит изготовлен из «спеченного» (порошкообразного) металла, который прессуется под высоким давлением и при нагревании до формы, которая соответствует корпусу двигателя. Рамка.Эти металлические формы после изготовления подвергаются воздействию сильного магнитного поля, которое объединяет молекулы в магнитные частицы. По завершении каждый кусок будет иметь СЕВЕРНЫЙ и ЮЖНЫЙ полюс. если вы сломаете его пополам, у каждой части будет СЕВЕР и ЮЖНЫЙ полюс. Какими бы маленькими ни были кусочки … у них будет СЕВЕР и ЮГ столб. Эти готовые магниты затем «приклеиваются» к внутренней части корпуса двигателя, и он готов для «намотки», концевых колец, подшипников и щеток.Когда полностью В собранном виде распределительная коробка имеет всего 2 провода, которые подключаются к щеткам. Вот и все! Двигатели компактны и дешевле в производстве. Так что многое предстоит рад за.

Магнит Life

Иногда возникает вопрос о сроке службы магнитов … Я нашел в Интернете источник из Соединенного Королевства (www.first4magnets.com), который состояния: «…. Неодимовые магниты — это постоянные магниты, и каждые 100 лет они теряют примерно 5% своих характеристик «. С того места, где я сижу, это выглядит неплохо. являются «сторонними поставщиками», которые специализируются на «повторном намагничивании» постоянных магнитов, но в большинстве случаев из-за экономичности двигателя с постоянными магнитами обычно лучше куплю полностью новый мотор.

Советы по безопасности и обслуживанию

Здесь мы предложим вам примечание по техобслуживанию и технике безопасности.Сила PM чрезвычайно высока, и чем больше магнит, тем сильнее притяжение. Когда вы разбираете / собираете двигатель с постоянными магнитами, держите руки и пальцы подальше от «отверстия» корпуса внутри магнитов. Когда вы снова вставляете арматуру обратно в раму, тяга очень сильна, и если ваш палец будет мешать, это может привести к плачевным результатам.

Другой момент заключается в том, что PM хочет иметь что-то, в чем собирается его магнитное поле.Якорь служит этой цели, когда двигатель собран. Но когда это НЕ, то поток магнитного поля от ФЭУ проходит через воздушный зазор. Это действие, если ему разрешено существовать долгое время (не спрашивайте меня, как long), могут «истощить» их мощность PM и ослабить их. Помните цифру 5% за 100 лет? Не сокращайте эту жизнь, осушая магнит. Просто поместите стальной стержень (вал шток), ключ, что-то из стали, в отверстие, чтобы магниты могли поглощать поток.

Доступная выходная мощность

Следующий абзац был скопирован из протокола заседания комитета IEEE 1994 года:

Двигатели с постоянными магнитами теперь могут достигать тысячи лошадиных сил. Относительные преимущества геометрии диска, вращающегося цилиндра и чашечного ротора: зависит от частоты вращения вала и уровня мощности. Бесщеточные дисковые двигатели с приводами с широтно-импульсной модуляцией были продемонстрированы в диапазоне от 200 до 20000 об / мин и от 10 до 700 об / мин. Лошадиные силы.

И хотя это утверждение, скорее всего, верно с исследовательской и теоретической точки зрения, я не уверен, что оно применимо к нашему общему промышленному климату сегодня. И пока Я видел несколько онлайн-объявлений о двигателях с постоянными магнитами до 10 л.с., и я считаю, что на самом деле большинство производителей промышленных электродвигателей собираются превзойти свои предложения в диапазоне от 2 до 3 л.с.Частичное до 2 л.с. — это действительно то, чем сегодня может быть отрасль. И большинство двигателей постоянного тока с постоянными магнитами имеют корпусную конструкцию TENV или TEFC.

Сводка

Еще одно предостережение для вас … поскольку вы хотите применить двигатель постоянного тока к своему проекту, я предполагаю, что вы будете приводить этот двигатель в действие с помощью привода постоянного тока какой-то современный дизайн. Это так и должно быть. Однако будьте осторожны, если собираетесь применить привод постоянного тока к «более старому» двигателю постоянного тока.В зависимости от возраста двигателя он НЕ МОЖЕТ быть подходит для работы с современными контроллерами SCR.