Назначение коллектора – 5.Поясните устройства и причины действия генератора и дв-ля постоянного тока. Назначение и устройство коллектора в машинах постоянного тока (покажите принцип выпрямления эдс).

Каково назначение коллектора в машинах постоянного тока — MOREREMONTA

Коллектор — это система медных пластин, изолированных друг от друга и от вала якоря. К пластинам припаяны отводы от обмотки якоря. Для соединения коллектора с зажимами машины и внешней цепью служат скользящие контакты (щетки).

Коллектор в электрических машинах выполняет роль выпрямителя переменного тока в постоянный (в генераторах) и роль автоматического переключателя направления тока во вращающихся проводниках якоря (в двигателях).

Когда магнитное поле пересекается только двумя проводниками, образующими рамку, коллектор будет представлять собой одно кольцо, разрезанное на две части, изолированные одна от другой. В общем случае каждое полукольцо носит название коллекторной пластины .

Начало и конец рамки присоединяются каждый к своей коллекторной пластине. Щетки располагаются таким образом, чтобы одна из них была всегда соединена с проводником, который будет двигаться у северного полюса, а другая — с проводником, который будет двигаться у южного полюса. На рис. 1. показан общий вид коллектора электрической машины .

Для рассмотрения работы коллектора обратимся к рис. 2, на котором рамка с проводниками А и В показана в разрезе. Для большей наглядности проводник А показан толстым кружком, а проводник В двумя тонкими кружками.

Щетки замкнуты на внешнее сопротивление тогда э. д. с., индуктируемая в проводниках, будет вызывать в замкнутой цепи электрический ток. Поэтому при рассмотрении работы коллектора можно говорить не об индуктированной э. д. с., а об индуктированном электрическом токе.

Рис. 1. Коллектор электрической машины

Рис. 2. Упрощенное изображения коллектора

Рис. 3. Выпрямление переменного тока с помощью коллектора

Сообщим рамке вращательное движение в направлении по часовой стрелке. В момент, когда вращающаяся рамка займет положение, изображенное на рис. 3, А, в ее проводниках будет индуктироваться наибольший по величине ток, так как проводники пересекают магнитные силовые линии, двигаясь перпендикулярно к ним.

Индуктированный ток из проводника В, соединенного с коллекторной пластиной 2, поступит на щетку 4 и, пройдя внешнюю цепь, через щетку 3 возвратится в проводник А. При этом правая щетка будет положительной, а левая отрицательной.

Дальнейший поворот рамки (положение В) приведет снова к индуктированию тока в обоих проводниках; однако направление тока в проводниках будет противоположно тому, которое они имели в положении А. Так как вместе с проводниками повернутся и коллекторные пластины, то щетка 4 снова будет отдавать электрический ток во внешнюю цепь, а по щетке 3 ток будет возвращаться в рамку.

Отсюда следует, что, несмотря на изменение направления тока в самих вращающихся проводниках, благодаря переключению, произведенному коллектором, направление тока во внешней цепи не изменилось .

В следующий момент (положение Г), когда рамка вторично займет положение на нейтральной линии, в проводниках и, следовательно, во внешней цепи тока опять не будет.

В последующие моменты времени рассмотренный цикл движений будет повторяться в том же порядке. Таким образом, направление индуктированного направление тока во внешней цепи благодаря коллектору все время будет оставаться одним и тем же, а вместе с этим сохранится и полярность щеток.

Рис. 4. Коллектор двигателя постоянного тока

Представление о характере изменения тока во внешней цепи за один оборот рамки, снабженной коллектором, дает кривая рис. 5. Из кривой видно, что наибольших значений ток достигает в точках, соответствующих 90° и 270°, т. е. когда проводники пересекают силовые линии непосредственно под полюсами. В точках 0° (360°) и 180° ток во внешней цепи равен нулю, так как проводники, проходя нейтральную линию, силовых линий не пересекают.

Рис. 5. Кривая изменения тока во внешней цепи за один оборот рамки после выпрямления коллектором

Из кривой нетрудно заключить, что хотя направление тока во внешней цепи и остается неизменным, но величина его все время меняется в пределах от нуля до максимума.

Электрический ток, постоянный по направлению, но переменный по величине, носит название пульсирующего тока. Для практических целей пульсирующий ток очень неудобен. Поэтому в генераторах стремятся сгладить пульсации и сделать ток более ровным.

В отличие от генераторов, в двигателях постоянного тока коллектор выполняет роль автоматического переключателя направления тока во вращающихся проводниках якоря. Если в генераторе коллектор служит для выпрямления переменного тока в постоянный, то в электродвигателе роль коллектора сводится к распределению тока в обмотках якоря таким образом, чтобы в течение всего времени работы электродвигателя в проводниках, находящихся в данный момент под северным полюсом, ток проходил постоянно в каком-либо одном направлении, а в проводниках, находящихся под южным полюсом, — в противоположном направлении.

А. Крепление обмотки якоря.

Б. Электрическое соединение вращающейся обмотки якоря с неподвижными клеммами машины.

В. Выпрямление переменного тока в секциях обмотки якоря.

В каких проводах высокая прочность совмещается с высокой электропроводностью?

А. В стальных

Б. В алюминиевых

В. В сталеалюминевых

Каково назначение нейтрального провода?

А. Выравнивать сопротивление фаз.

Б. Выравнивать мощности фаз.

В. Выравнивать фазные напряжения.

III. Законы Кирхгофа.

ОЦЕНКА ЗА ЭКЗАМЕН:_________________________

Председатель аттестационной комиссии____________________________________

ЭКЗАМЕНАЦИОННОЕ ЗАДАНИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Электротехника и электроника»

ГРУППА №________

Вариант № 10

Инструкция

Внимательно прочитайте задание.

Для выполнения задания №1 вы можете воспользоваться методическим материалом, имеющимся на специальном столе.

Время выполнения всех заданий – 30 мин.

Текст задания

I. Электрохимический эквивалент хрома 0,18*10 -6 кг/Кл.

Сколько хрома выделится при электролизе, если через электролит пройдет заряд 20 Кл

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

II.

1. Как изменится сила взаимодействия между двумя заряженными телами с зарядами Q и q, если при q=const заряд Q увеличить в два раза и расстояние между зарядами также удвоить?

А. Остается неизменной.

Б. Увеличится в два раза.

В. Уменьшится в два раза.

Г. Уменьшится в четыре раза.

Симметричная нагрузка соединена звездой. Линейное напряжение 380 В. Каково фазное напряжение?

А. 380 В.

Б. 250 В.

В. 220 В.

Г. 127 В.

На взаимодействии каких элементов основан принцип действия приборов магнитоэлектрической системы?

А. Постоянного магнита и рамки, по которой проходит изме­ряемый ток.

Б. Магнитного поля катушки и ферромагнитного сердечника.

В. Проводников, по которым проходит ток.

III. Магнитное поле и его характеристики. Электромагнитная сила.

ОЦЕНКА ЗА ЭКЗАМЕН:_________________________

Председатель аттестационной комиссии____________________________________

ЭКЗАМЕНАЦИОННОЕ ЗАДАНИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Электротехника и электроника»

ГРУППА №________

Вариант № 11

Внимательно прочитайте задание.

Для выполнения задания №1 вы можете воспользоваться методическим материалом, имеющимся на специальном столе.

Время выполнения всех заданий – 30 мин.

Текст задания

I. К источнику постоянного тока с ЭДС 125 В подключены последовательно три резистора R₁=100 Ом, R₂=30 Ом, R₃=120 Ом. Определите ток в цепи, если r =0,5 Ом.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

II.

Как изменится сила взаимодействия между двумя заряженными телами, если разделяющий их воздух заменить дистиллированной водой?

А. Увеличится.

Б. Уменьшится.

В. Останется без изменений

Чему равно напряжение на вторичной обмотке трансформатора при холостом ходе?

Можно ли магнитоэлектрический прибор использовать для измерений в цепях переменного тока?

А. Можно.

Б. Нельзя.

В. Можно, если подключить через выпрямитель.

III. Электромагнитная индукция. Самоиндукция. Индуктивность.

ОЦЕНКА ЗА ЭКЗАМЕН:_________________________

Председатель аттестационной комиссии____________________________________

ЭКЗАМЕНАЦИОННОЕ ЗАДАНИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Электротехника и электроника»

ГРУППА №________

Вариант № 12

Инструкция

Внимательно прочитайте задание.

Для выполнения задания №1 вы можете воспользоваться методическим материалом, имеющимся на специальном столе.

Время выполнения всех заданий – 30 мин.

Текст задания

I. Какова индукция магнитного поля, в котором на проводник с током в 25 А действует сила 0,05Н. Длина активной части проводника 5 см. Направления линий индукции и тока взаимного перпендикулярны.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

II.

Какова сила тока, если за один час при постоянном токе через поперечное сечение был перенесен заряд в 180 Кл?

А. 180 А.

Б. 0,05 А.

В. 3А.

Чему равен КПД трансформатора?

На взаимодействии каких элементов основан принцип действия приборов электромагнитной системы?

А. Магнитного поля катушки и ферромагнитного сердечника.

Б. Постоянного магнита и рамки, по которой проходит ток.

В. Проводников, по которым проходит ток.

III. Назначение и классификация электрических машин.

ОЦЕНКА ЗА ЭКЗАМЕН:_________________________

Председатель аттестационной комиссии____________________________________

ЭКЗАМЕНАЦИОННОЕ ЗАДАНИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Электротехника и электроника»

ГРУППА №________

Вариант № 13

Инструкция

Внимательно прочитайте задание.

Для выполнения задания №1 вы можете воспользоваться методическим материалом, имеющимся на специальном столе.

Время выполнения всех заданий – 30 мин.

Текст задания

I. Угловая чистота переменного тока равна 3140 с -1 . Определите период и частоту сигнала.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

II.

Как изменится сопротивление проводника, если его длину и диаметр увеличить в два раза?

А. Не изменится.

Б. Уменьшится в два раза

В. Увеличится в два раза

Что является свободными носителями заряда в полупроводнике типа p?

А. Электроны.

Б. Дырки.

В. Электроны и дырки.

На взаимодействии каких элементов основан принцип действия приборов электродинамической системы?

А. Магнитного поля катушки и ферромагнитного сердечника.

Б. Проводников, по которым проходит ток.

В. Постоянного магнита и рамки, по которой проходит ток.

III. Магнитные свойства вещества.

ОЦЕНКА ЗА ЭКЗАМЕН:_________________________

Председатель аттестационной комиссии____________________________________

ЭКЗАМЕНАЦИОННОЕ ЗАДАНИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Электротехника и электроника»

ГРУППА №________

Вариант № 14

Инструкция

Внимательно прочитайте задание.

Для выполнения задания №1 вы можете воспользоваться методическим материалом, имеющимся на специальном столе.

Время выполнения всех заданий – 30 мин.

Текст задания

I. Генератор переменного тока имеет частоту вращения 2800 об/мин. Определить частоту, период и угловую частоту электрического тока, если число пар полюсов генератора равно 8.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

II.

Как изменится проводимость проводника при увеличении площади S его поперечного сечения?

А. Увеличится.

Б. Уменьшится.

В. Не изменится

Какой электрический параметр оказывает непосредственное физиологическое влияние на организм человека?

А. Напряжение.

Б. Мощность.

В. Ток.

Г. Напряженность

Почему магнитопроводы высокочастотных трансформаторов прессуют из ферромагнитного порошка?

А. Для упрощения технологии изготовления.

Б. Для увеличения магнитной проницаемости.

В. Для уменьшения тепловых потерь.

III. Ферромагнетики. Намагничивание ферромагнетиков.

ОЦЕНКА ЗА ЭКЗАМЕН:_________________________

Председатель аттестационной комиссии____________________________________

ЭКЗАМЕНАЦИОННОЕ ЗАДАНИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Электротехника и электроника»

ГРУППА №________

Вариант № 15

Инструкция

Внимательно прочитайте задание.

Для выполнения задания №1 вы можете воспользоваться методическим материалом, имеющимся на специальном столе.

Время выполнения всех заданий – 30 мин.

Текст задания

I. Мгновенное значение тока i=16 sin157t(A). Определить амплитуду и действующее значение этого тока, и его период.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

II.

Как нагреваются провода из одного и того же материала одинаковой длины, но разного диаметра при одном и том же токе?

А. Провода нагреваются одинаково.

В машинах постоянного тока для выпрямления э.д.с. применяется коллектор, представляющий собой механический преобразователь, выпрямляющий переменный ток якорной обмотки в постоянный ток, проходящий через щетки во внешнюю цепь. Коллектор состоит из соединенных с витками обмотки якоря изолированных между собой пластин, которые, вращаясь вместе с обмоткой якоря, поочередно соприкасаются с неподвижными щетками, соединенными с внешней цепью. Одна из щеток всегда является положительной, другая — отрицательной.

Рис. 6 — Выпрямление э.д.с. при помощи коллектора: 1- медные пластины; 2 — виток обмотки якоря; 3 — щетки; 4 — внешняя электрическая цепь

Простейший коллектор имеет две изолированные между собой медные пластины, выполненные в форме полуколец (рис. 6), к которым присоединены концы витка якорной обмотки. Пластины коллектора соприкасаются с неподвижными контактными щетками, связанными с внешней электрической цепью. При работе машины пластины коллектора вращаются вместе с витками якорной обмотки. Щетки устанавливаются таким образом, чтобы в то же время, когда э.д.с. витка меняет знак на обратный, коллекторная пластина перемещалась от щетки одной полярности к щетке другой полярности. В результате этого на щетках возникает пульсирующее напряжение, постоянное по направлению (см. сплошную кривую 1 на рис. 3, в).

Рис. 7 — Устройство коллектора: 1 — корпус; 2 — стяжной болт, 3 — нажимное кольцо; 4 — изоляционная прокладка; 5 — «петушок» — часть коллекторной пластины, к которой припаивается конец секции обмотки; 6 — «ласточкин хвост» — часть коллекторной пластины, служащая для ее крепления; 7 — коллекторная пластина

Якорная обмотка состоит из большого числа секций, представляющих собой один или несколько последовательно соединенных витков. Конец каждой секции присоединяется к одной из изолированных коллекторных пластин, образующих коллектор (рис. 7). По мере увеличения числа секций уменьшается пульсация напряжения на щетках (рис. 8). При двадцати коллекторных пластинах разница между максимальной и минимальной величиной напряжения, отнесенная к среднему значению, не превышает 0,65%.

Коллектор является сложным и дорогим устройством, требующим тщательного ухода. Его повреждения нередко служат причиной серьезных аварий. Предпринимались многочисленные попытки создать бесколлекторную машину постоянного тока, однако построить ее принципиально невозможно, так как в многовитковой якорной обмотке, активные стороны которой последовательно проходят под полюсами разной полярности, в любом случае наводится переменная э.д.с., для выпрямления которой необходимо особое устройство.

Рис. 8 — Пульсация напряжения на щетках генератора постоянного тока: а — при двух витках на полюс; б — при большом количестве витков

Поэтому машинами постоянного тока называются электрические машины, у которых преобразование энергии происходит вследствие вращения якорной обмотки относительно неподвижного потока полюсов, а выпрямление тока в постоянный осуществляется коллектором (или иным выпрямителем, вращающимся вместе с якорем).

Вначале создавались машины постоянного тока. В дальнейшем они в значительной степени были вытеснены машинами переменного тока. Благодаря возможности плавного и экономичного регулирования скорости вращения двигатели постоянного тока сохраняют свое доминирующее значение на транспорте, для привода металлургических станов, в крановых и подъемно-транспортных механизмах. В системах автоматики машины постоянного тока широко используются в качестве исполнительных двигателей, двигателей для привода лентопротяжных самозаписывающих механизмов, в качестве тахогенераторов и электромашинных усилителей. Генераторы постоянного тока применяются главным образом для питания радиостанций, двигателей постоянного тока, зарядки аккумуляторных батарей, сварки и электрохимических низковольтных установок.

5.Поясните устройства и причины действия генератора и дв-ля постоянного тока. Назначение и устройство коллектора в машинах постоянного тока (покажите принцип выпрямления эдс).

Устройство и принцип действия машин постоянного тока

Машины постоянного тока широко используются в качестве источника постоянного тока, либо преобразователя электрической мощности в механическую. Первая машина работает в режиме генератора, вторая в режиме двигателя. Двигатели постоянного тока широко используются в регулируемом электроприводе.

Работа этих машин основана на двух законах:

1. Закон электромагнитной индукции ,где — индукция, ; — длина проводника, ,— линейная скорость,

2. Закон электромагнитных сил: ,где — сила воздействия на проводник;

— ток в проводнике,

ЭДС, наводимая в проводнике, получается за счет того, что проводник пересекает магнитное поле со скоростью.

Поэтому в реальной машине должно быть две основные части: первая часть – создает магнитный поток (индуктор — неподвижная часть), вторая часть – в которой индуктируется ЭДС (якорь).

1.Неподвижная часть — индуктор. К станине (1) крепятся шматованные полюса (2) на которых располагается обмотка возбуждения (3) (рис. 1).

Обмотка возбуждения создает магнитный поток при протекании по ней постоянного тока.

2.Якорь. Якорь вращается. Представляет собой цилиндр, набранный из листов электротехнической стали (4).В наружной части якоря расположены пазы, где укладываются секции обмотки (5). Каждая секция соединяется с пластинами коллектора (6).

Т.к. в проводниках обмотки якоря машины постоянного тока индуктируется переменная ЭДС, то для ее выпрямления применяется коллектор, представляющий собой мех. выпрямитель. Коллектор служит для выпрямления переменной ЭДС в постоянную величину (режим генератора). Эта ЭДС снимается с помощью щеток (7), рис. 2. Коллектор является сложным и дорогим устройством, требующим тщательного ухода. Е

Рассмотрим принцип выпрямления: (рис. 3). Виток (8) подсоединен к двум кольцам и вращается в магнитном поле. При вращении витка в проводниках (1,2) будет наводиться переменная ЭДС (под северным полюсом одно направление, а под южным другое). Снятое со щеток напряжение будет иметь синусоидальный хар-р (рис. 3).

Если кольцо разрезать пополам и подсоединить к ним проводники (1,2) то это уже будет элементарный коллектор – выпрямитель, (рис. 4). Простейший коллектор состоит из двух изолированных между собой медных пластин, выполненных в форме полуколец, к которым присоединены концы витка обмотки якоря. Пластины коллектора соприкасаются с неподвижными контактными щетками, которые связаны с внешней электрической цепью. При работе машины коллектор вращается вместе с витками обмотки якоря. Щетки устан-тся таким образом, что в то время, когда ЭДС витка меняет свой знак на обратный, коллект. пластина перемещается от одной полярности к другой, приходя в соприкосновение со щеткой другой полярности. В результате этого на щетках возникает пульсирующее напряжение, постоянное по направлению. Для внешней цепи «+» будет на нижней щетке, а «-» на верхней. При одном витке выпрямленная ЭДС будет иметь большую пульсацию. При увеличении числа витков (коллекторных пластин) пульсация резко уменьшается (рис. 5).

Пульсация ЭДС характеризуется величиной –.и зависит от числа коллекторных пластин на полюс. При одном витке (одной коллекторной пластине на полюс) пульсация составляет.

,

При одном витке ,,т. е.с увеличением числа коллект-х пластин на полюс пульсация ЭДС резко снижается : если, то. На рис. 5 видно, что при двух витках (),, топульсация ЭДС резко снижается.

, то

Коллектор явл-тся той частью машины, которая преобр-т машину переменного тока в машину постоянного тока.

Основным достоинством дв-лей постоянного тока является возможность плавного и экономичного рег-ия скорости вращения в широких пределах. Машины постоянного тока широко исп-тся в системах автоматики в кач-ве исполнительных дв-лей, дв-лей для привода лентопротяжных самозаписывающих мех-мов, в кач-ве тахогенераторов и электромаш. усилителей. Дв-ли постоянного тока находят применение на транспорте, для привода металлургических станков, в крановых, подъемно-транспортных и других мех-мах. Генераторы постоянного тока применяются для питания радиостанций, дв-лей постоянного тока, зарядки аккумуляторных батарей, сварки, электрохимических низковольтных установок, а также в качестве возбудителей синхронных машин.

6.Поясните способы регулирования активной и реактивной мощности СГ. Поясните пуск СД. Поясните работу СД при недовозбужденном и перевозбужденном режимах (i_b=var).

Регулирование активной и реактивной мощности СГ

Если изменять возбуждение генератора, то тем самым можно изменять реактивную мощность, отдавать, либо потреблять её (↑→↑).Регулировать акт. мощность можно, только изменяя мех. мощность, со стороны паровой турбины, либо гидротурбины. При увеличении отдаваемой активной мощности, необходимо увеличить и механическую мощность со стороны турбины.

Пуск синхронного двигателя. СД не имеет начального пуск. момента. Если его подключить к сети переменного тока, когда ротор неподвижен, а по обмотке возб-ия проходит постоянный ток, то за один период изменения тока, электромагнитный момент будет дважды изменять свое направление, т.е. средний момент за период равняется 0. При этих условиях Д не может быть разогнан до синхронной частоты вращения. Следовательно, для пуска синхронного двигателя необходимо разогнать его ротор с помощью внешнего момента до частоты вращения, близкой к синхронной.

Из-за отсутствия пуск. момента в СД для пуска его используют следующие способы:

1.Пуск с помощью вспомогательного двигателя.Пуск в ход СД с помощью вспомогательного дв-ля может быть произведен только без механической нагрузки на его валу, т.е. практически вхолостую. В этом случае на период пуска Д временно превращается в СГ, ротор к-го приводится во вращение небольшим вспомогательным Д до n=0,95n₁. Статор этого генератора включается параллельно в сеть с соблюдением всех необходимых условий этого соединения. После включения статора в сеть, с небольшой выдержкой, включают ОВ, и Д втягивается в синхронизм, а вспом. приводной Д механически отключается.

2.Асинхронный пуск двигателя. СД на время пуска превращается в асинхр. В пазах полюсных наконечников явнополюсного дв-ля помещается пуск. КЗ обмотка.

Процесс пуска синхронного двигателя осуществляется в два этапа. При включении обмотки статора (1) в сеть в двигателе образуется вращающее поле, которое наведет в короткозамкнутой обмотке ротора (2) ЭДС. Под действием, которой будет протекать в стержнях ток. В результате взаимодействия вращающего магнитного поля с током в коротко замкнутой обмотке создается вращающий момент, как у асинхронного двигателя. За счет этого момента ротор разгоняется до скольжения близкого к нулю (S=0,05), рис. 313. На этом заканчивается первый этап.

Чтобы ротор двигателя втянулся в синхронизм, необходимо создать в нем магнитное поле включением в обмотку возбуждения (3) постоянного тока (переключив ключ К в положение 1). Так как ротор разогнан до скорости близкой к синхронной, то относительная скорость поля статора и ротора небольшая. Полюса плавно будут находить друг на друга. И после ряда проскальзываний, противоположные полюса притянутся, и ротор втянется в синхронизм. После чего ротор будет вращаться с синхронной скоростью, и частота вращения его будет постоянной, рис. 313. На этом заканчивается второй этап пуска.

Ротор разгоняется до скольжения близкого к нулю (S=0,05), до подсинхр. скорости. На этом заканчивается первый этап.

Чтобы ротор дв-ля втянулся в синхронизм, необходимо создать в нем магнитное поле. Так как ротор разогнан до скорости близкой к синхронной, то относительная скорость поля статора и ротора небольшая. Полюса плавно притянутся, и ротор втянется в синхронизм. После чего ротор будет вращаться с синхронной скоростью, и частота вращения его будет постоянной (второй этап).

Работа СД при недовозбужденном и перевозбужденном режимах (i_b=var)

Режим работы соответствует постоянству момента.

при

,E₀sinθ=const,P=mUcIcosφ=const,Icosφ=Ia=const.

При недовозб.синхронном двигателесоставляющей напряжения -Е₀ соответствует ток I, который отстает от напряжения Uc на угол φ. Вектор тока I перпендикулярен продолжению вектора jIXc. Реактивная составляющая тока I_L будет отставать на 90⁰ от вектора напряжения Uc, т.е. этот ток чисто индуктивный. Значит, при недовозбуждении двигатель будет потреблять из сети индуктивный ток, а следовательно будет потреблять из сети и реактивную мощность.

При увеличении возбуждения величина –Е₀¹ увеличится, а ток I уменьшится до Ia=I¹ и будет минимальным. При этом режиме СД будет работать с cosφ=1 и реактивная мощность, не будет ни потребляться, ни отдаваться в сеть.

При дальнейшем увеличении тока возбуждения составляющая напряжения будет равна –Е₀¹¹, а ток I¹¹ , будет опережать вектор напряжения сети на угол φ¹. Этот режим соответствует перевозбужденному режиму В перевозб. режиме реактивная составляющая тока будет емкостной (опережает вектор Uc на 90⁰). Этот режим будет соответствовать отдаче реактивной мощности в сеть.

7. Понятие об электроприводе, как электромеханической системе, его назначение и функции. Типы электроприводов, структура и основные элементы современного электропривода. Особенности развития электропривода.

ЭП-электромеханическое устр-во, предназначенное для приведения в движение рабочих органов машин-орудий и управления их технологическими процессами. Блок схема эл.привода как объекта управления может быть представлена в след. виде:

СУ ЭП состоит из энергетич. части и информ-ной части. Энергетич. часть – это преобразоват-ное уст-во, назнач-е которого – управл-е потоком энергии, поступающим из сети, с целью рег-ния режимами работы двигателя и механизма. Преобразовательное уст-во позволяет расширить гибкость управления, позволяет придать хар-кам ЭП нужный вид, что достигается или путем преобразования трехфазного переменного напряжения промышленной частоты в постоянное (выпрямленное) напряжение, или в переменное напряжение, но другой частоты.

В кач-ве преобразовательных устр-в для получения пост.напряжения прим-ся двигатель — генераторы, тиристорные преобраз-ли, а для получения перем. напряжения иной величины или иной частоты – электромашинные и вентильные преобраз-ли частоты.

Информ. часть СУ предназначена для фиксации и обработки поступающей информации о задающих воздействиях и реальном состоянии системы. На основе этой информации вырабатываются сигналы управления преобразовательным уст-вом и двигателем. Сама же система управления обеспечивает электроприводу необходимые статические и динамические свойства.

Передаточное уст-во (передаточный механизм) служит для изменения скорости или вида движения (из вращательного в поступательное или наоборот). К передаточному устройству относятся: редукторы, кривошипно – шатунные механизмы, зубчато – реечные или клино – ременные передачи, барабаны с тросами и т.п.. Все эти устройства по существу служат для передачи механической энергии от двигателя к исполнительному механизму.

Основной функцией простейшего не автоматизированного ЭП, состоящего только из электродвигателя, питаемого непосредственно от сети, и система управления которого включает в себя обычный рубильник или пакетный выключатель, или магнитный пускатель, явл-ся приведение в движение рабочего механизма с неизменной ск-тью.

Автоматизированные ЭП, имеющие САУ, выполняют более широкие функции, обеспечивая рациональное ведение технологического процесса, более высокую производительность механизма при лучшем качестве выпускаемой продукции.

В зависимости от схемы передачи энергии от сети к рабочим органам механизмов различаются три типа эл.привода:

1.Групповой (трансмиссионный).2.Однодвигательный или индивидуальный. 3.Многодвигательный (тоже индивидуальный).

Групповой ЭП представляет собой систему, в которой один электродвигатель посредством трансмиссий (системы шкивов и ремней) приводит в движение группу рабочих машин или группу рабочих органов одной машины, как показано на рис. Двигатель в этом случае конструктивно с рабочими машинами не связан. В такой системе невозможно регулирование отдельных машин воздействием на двигатель.

Вследствие своего технического несовершенства такой ЭП в наст.время практически не применяется и представляет интерес лишь с т.зр. истории развития ЭП. Однодвигательный ЭП представляет собой систему, когда каждая рабочая машина приводится в движение отдельным, связанным только с ней электродвигателем, как изображено на следующем рисунке.

Примером применения однодвигательного ЭП являются простые металообрабатывающие станки и др.несложные механизмы. Во многих случаях привод осуществляется от электродвигателя специального исполнения, конструктивно представляющего одно целое с самим механизмом. Примером может служить ЭП электродрели.Характерным примером полного совмещения двигателя с рабочим органом является электрорубанок. В нем трехфазный АД имеет к.з. ротор, расположенный снаружи статора (внешний ротор), несущий ножи инструмента.

Можно назвать также электрическую таль, двигатель – ролик (рольганг) , применяемый в металлургической промышленности на прокатных станах. Неподвижный статор с обмоткой располагается здесь внутри рольганга, а сам ролик является ротором.

Преимуществом однодвигательного ЭП перед групповым является то, что в нем имеется возможность электрическими методами регулировать скорость каждой из машин. При этом значительно сокращается путь передачи энергии от сети к рабочим органам, помещения освобождаются от тяжелых трансмиссий, шкивов, ремней, улучшается освещение, резко снижается вероятность несчастных случаев. В случае механизмов с одним рабочим органом возможен выбор для ЭП двигателя с характеристиками, наиболее полно удовлетворяющим требованиям производственного процесса.

Переход на однодвигательный ЭП дал возможность широко автоматизировать работу машин. В настоящее время этот тип ЭП является основным и имеет наибольшее применение.

Однако, при однодвигательном ЭПе машин с несколькими рабочими органами внутри машины еще сохраняется система механического распределение энергии (посредством шестерен и т.п. ) с присущей ей недостатками. Поэтому в современных машинах подобного рода широко применяется многодвигательный ЭП, при котором каждый рабочий орган приводится в движение отдельным электродвигателем. Такие ЭПы применяются например в сложных металлообрабатывающих станках, бумагоделательных машинах, прокатных станах, экскаваторах и др. При этом значительно упрощается кинематическая схема машины. Встречаются металлообрабатывающие станки и др. механизмы, где число электродвигателей достигает 30 и более.

Современный ЭП хар-ся высокой степенью автоматизации. Многие современные высокоточные ЭПы управляются посредством вычислительных машин (например, ЭП мощных прокатных станов, доменных печей, копировальных станков). Их управляющие устройства, как правило, построены на основе использования микроэлектроники. Аналогичной техникой управления снабжаются и многие ответственные ЭПы малой мощности, например ЭПы механизмов роботов и манипуляторов. Во всем диапазоне мощностей ЭПов находят применение современные системы программного управления технологическими процессами, устройства, оптимизирующие по тем или иным критериям работу ЭП и механизма, используются принципы адаптивного автоматического управления.

Наряду с регулируемыми ЭПми широко применяются и простейшие нерегулируемые ЭПы с двигателями переменного тока, получающими питание непосредственно от промышленной сети. Однако управляющие устройства и таких ЭПов постоянно совершенствуются в связи с повышением требований к надежности работы, необходимостью повышения их энергетических показателей, усложнением технологических блокировок между механизмами.

Особенности развития ЭПа:

• расширение областей применения вентильного ЭП постоянного тока и частотно – регулируемого ЭП переменного тока

• расширение и усложнение его функций, связанных с управлением технологическими процессами и соответствующее усложнение систем управления (САУ), повышение требований к динамическим и точностным показателям, увеличение быстродействия, надежности, экономичности, снижение габаритов

• стремление к унификации его элементной базы, создание унифицированных комплектных ЭПов путем использования современной микроэлектроники и блочно – модульного принципа. На этой основе, как известно, уже созданы серии комплектных тиристорных ЭПов, обладающих техническими показателями, удовлетворяющими требованиям широкого круга механизмов

Одним из проявлений развития регулируемого ЭП является тенденция к упрощению кинематических схем машин и механизмов, за счет создания безредукторного ЭП, в котором должны использоваться специальные тихоходные двигатели. Уже имеются и применяются тихоходные двигатели, имеющие номинальную скорость вращения

18 – 120 об/мин. Область применения – мощные ЭПы прокатных станов, шахтных подъемных машин, основных механизмов экскаваторов, скоростных лифтов.

§26. Принцип действия

Машина постоянного тока (рис. 69, а) имеет обмотку возбуждения, расположенную на явно выраженных полюсах статора. По обмотке возбуждения проходит постоянный ток I_в, который создает магнитное поле возбуждения Ф_в. На роторе расположена обмотка якоря, в которой при вращении ротора индуцируется э. д. с.

При заданном направлении вращения якоря направление э. д. с, индуцируемой в его проводниках, зависит только от того, под каким полюсом находится проводник. Поэтому во всех проводниках, расположенных под одним полюсом, направление э. д. с. одинаковое и сохраняется таким независимо от частоты вращения. Иными словами, картина, изображающая направление э. д. с. на рис. 69, а, неподвижна во времени: в проводниках, расположенных выше горизонтальной оси симметрии (геометрической нейтрали), э. д. с. всегда направлена в одну сторону; в проводниках, лежащих ниже геометрической нейтрали, э. д. с. направлена в противоположную сторону.

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

Обмотка якоря выполняется замкнутой, симметричной (рис. 69, б). При отсутствии внешней нагрузки ток по обмотке не проходит, так как э. д. с, индуцируемые в различных частях обмотки, взаимно компенсируются.

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

Рис. 69. Электромагнитная схема двухполюсной машины постоянного тока (а) и эквивалентная схема ее обмотки якоря (б): 1 — обмотка возбуждения; 2 — главные полюсы; 3 — якорь; 4 — обмотка якоря; 5 — щетки; 6 — остов (станина)

При подключении к щеткам нагрузки R_н через обмотку якоря будет проходить постоянный ток I_я, направление которого определяется направлением э. д. с. В обмотке якоря ток I_я разветвляется и проходит по двум параллельным ветвям (токи i_я).

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

С помощью коллектора и щеток вращающаяся обмотка якоря соединяется с внешней электрической цепью. В генераторах коллектор и щетки служат для преобразования изменяющихся по направлению э. д. с. и тока в проводниках обмотки якоря в постоянные по величине и направлению э. д. с, напряжение и ток во внешней цепи. В двигателе с помощью коллектора и щеток осуществляется обратное преобразование.

Таким образом, главной особенностью машины постоянного тока является наличие коллектора, осуществляющего скользящий контакт между обмоткой якоря и внешней электрической цепью.

Рассмотрим подробнее процесс преобразования э. д. с. и тока с помощью коллектора и щеток.

Назначение коллектора в генераторе. В простейшем генераторе (рис. 70) при вращении витка в магнитном поле его рабочие (активные) стороны 1 и 2 пересекают магнитные силовые линии и в них индуцируется переменная э. д. с. е. Если к кольцам, к которым припаяны концы витка, присоединить внешнюю цепь с некоторым приемником электрической энергии, то по нему пойдет переменный ток i. Участки 3 и 4 витка являются нерабочими, так как при вращении витка они не пересекают магнитных силовых линий и, следовательно, не участвуют в создании э. д. с. Эти участки витка называют лобовыми частями.

В положении, показанном на рис. 70, а, виток не пересекает силовых линий магнитного поля, э. д. с. в нем не индуцируется и тока нет. При повороте витка по часовой стрелке на 90° (рис. 70, б) обе стороны его будет пересекать магнитное поле, при этом в активных сторонах 1 и 2 индуцируются э. д. с. с и по витку и внешней цепи начинает проходить ток i. Применяя правило правой руки, можно установить, что э. д. с, индуцированная в стороне 1 витка, будет направлена от нас, а в стороне 2 — к нам. Следовательно, во внешней цепи ток проходит от щетки А, имеющей положительный потенциал, к щетке Б с отрицательным потенциалом. В положении, показанном на рис. 70, в, виток снова не пересекает силовые линии поля, поэтому э. д. с. и ток уменьшаются до нуля. При повороте витка на 270° (рис. 70, г) под северный полюс подходит сторона 2 витка, а под южный — сторона 1. Поэтому направление э. д. с. в рабочих сторонах 1 и 2 изменяется на противоположное по сравнению с направлением его в положении, показанном на рис. 70, б. В резуль-

Рис. 70. Процесс индуцирования э.д.с. в простейшем электрическом генераторе (а—г) и кривые изменения э.д.с. е в проводниках обмотки якоря, напряжения u и тока i (д) во внешней цепи

тате изменяются полярность щеток А и Б и направление тока i во внешней цепи.

Как следует из закона электромагнитной индукции, значение индуцированной э. д. с. е пропорционально числу силовых магнитных линий, пересекаемых сторонами витка в единицу времени. При перемещении рабочих сторон витка под полюсами э. д. с. е, напряжения и, действующие между щетками А и Б, и ток i будут иметь некоторые постоянные значения (см. рис. 70,6). При переходе от одного полюса к другому направления е, и и i будут изменяться.

Для получения во внешней цепи постоянных по направлению э. д. с, напряжения и тока в простейшем генераторе виток присоединяют не к двум кольцам, как показано на рис. 70, а к одному кольцу, разрезанному на две изолированные одна от другой части. Начало витка присоединяют к одной половине кольца, конец—к другой (рис. 71). Такую конструкцию называют коллектором, а отдельные изолированные части его (в данном случае полукольца) — коллекторными пластинами.

Рассмотрим процесс изменения напряжения и тока во внешней цепи, подключенной к простейшему генератору, при наличии коллектора.

В положении, показанном на рис. 71, а, э. д. с. в витке не индуцируется и тока во внешней цепи нет. При повороте витка на 90° (рис. 71, б) в его рабочих сторонах 1 и 2 индуцируется э. д. с. е и во внешней цепи будет протекать ток i от щетки Б к щетке А. В положении, показанном на рис. 71, в, э. д. с. в витке не индуцируется и ток во внешней цепи равен нулю. Наконец, при повороте витка на 270° (рис. 71, г) направление э.д.с. е в рабочих сторонах 1 и 2 витка изменяется по сравнению с положением, показанным на рис. 71, 6. Однако направление тока во внешней цепи остается неизменным, так как одновременно с поворотом витка меняются местами и коллекторные пластины, вследствие чего к щетке Б подходит пластина, связанная со стороной 2 витка, а к щетке А — пластина, связанная со стороной 1. Потенциалы щеток, т. е. напряжение и, при этом сохраняются такими же, как и в положении, показанном на рис. 71,б, и ток i во внешней цепи будет протекать в прежнем направлении. Таким образом, при замене двух контактных колец двумя изолированными одна от другой коллекторными пластинами происходит выпрямление напряжения и, действующего между щетками А и Б, а следовательно, и тока i во внешней цепи. Характер изменения напряжения и на щетках и тока i поясняется на рис. 71,д. Напряжение и ток получаются постоянными по направлению, но переменными по значению. Такой ток и напряжение называют пульсирующими.

Пульсирующий ток мало пригоден для практических целей. Для сглаживания пульсации в обмотке якоря увеличивают число витков и сответственно число коллекторных пластин.

Рис. 71. Процесс индуцирования э.д.с. в простейшем электрическом генераторе при наличии на нем коллектора (а—г) и график изменения его напряжения и и тока i во внешней цепи (д)

Рис. 72. Схемы подключения обмотки якоря к пластинам коллектора

Для лучшего использования обмотки якоря 1 (рис. 72) отдельные витки соединяют друг с другом последовательно. К каждой коллекторной пластине 2 присоединяют конец предыдущего и начало, следующего витка. В результате получают замкнутую обмотку (рис. 72, а). При вращении якоря между любыми двумя точками такой обмотки, например между а и b (рис. 72,6), действует переменная э. д. с. e_ab. Однако во внешней цепи между неподвижными щетками А и Б действует постоянная по направлению и значению э. д. с. Е, равная сумме э. д. с, индуцированных во всех последовательно соединенных витках якоря, расположенных между этими щетками. Следовательно, коллектор осуществляет преобразование изменяющихся э. д. с. и тока в обмотке якоря в постоянные по величине и направлению э. д. с. и ток, действующие во внешней цепи, т. е. работает в качестве механического выпрямителя.

Чем больше витков в обмотке якоря и коллекторных пластин, тем меньше пульсируют э. д. с. и ток. Полностью освободиться от пульсации невозможно. Для большей части электрических потребителей эти пульсации не играют никакой роли и совершенно не отражаются на их работе.

Назначение коллектора в электродвигателе. Электродвигатель питается от сети постоянного напряжения и к его якорю подается постоянный ток. По проводникам же обмотки якоря протекает переменный ток (см. рис. 70, д). Следовательно, в электродвигателе коллектор работает в качестве механического преобразователя постоянного тока в переменный, обеспечивая питание обмотки якоря переменным током от внешнего источника постоянного тока.

Важную роль играет коллектор при распределении тока по проводникам обмотки якоря. При вращении якоря проводники его обмотки перемещаются под полюсами машины, переходя от северного полюса к южному, затем снова к северному и т. д. Этот переход должен сопровождаться изменением направления тока в проводниках для того, чтобы электромагнитный момент машины действовал все

Рис. 73. Распределение тока по проводникам обмотки якоря при его вращении

время в одном и том же направлении. Благодаря коллектору по всем проводникам, расположенным под северным полюсом, ток проходит в одном направлении, а по проводникам, расположенным под южным полюсом,— в другом. Когда же при вращении якоря проводники меняются местами (переходят под полюсы другой полярности), направление тока в них также меняется на противоположное. Например, в положении, показанном на рис. 73, а, ток i проходит по витку 1. Возникающий при этом электромагнитный момент М направлен по часовой стрелке. Когда виток 1 в процессе поворота якоря займет положение, показанное на рис. 73,6, коллекторные пластины, к которым присоединен этот виток, выйдут из-под щеток, и ток перестанет проходить по витку 1. Однако под щетками окажется вторая пара коллекторных пластин, соединенных с витком 2, и ток i начнет проходить по этому витку. Электромагнитный момент М будет действовать в том же направлении, что и при положении якоря, показанном на рис. 73, а. То же самое будет иметь место при повороте каждого витка на 180°, когда их рабочие стороны перейдут под полюсы другой полярности. Подобную же роль в распределении тока по проводникам обмотки якоря играет коллектор при работе машины в генераторном режиме: при любом положении якоря электромагнитный тормозной момент, созданный всеми проводниками обмотки якоря, действует в одном и том же направлении.

§9.3. Понятие об обмотке якоря. Коллектор и его назначение

Карточка № 9.2. (230).

Принцип работы машины постоянного тока

Как	должен изменяться	магнитный		поток,	Оставаться неизменным	128
сцепленный с витком, чтобы			в	витке
					Изменяться по синусоидальному закону	14
индуцировалась постоянная ЭДС?					Равномерно (линейно) увеличиваться или	105
					уменьшаться
Какая ЭДС индуцируется в витках			обмотки		Постоянная по значению и направлению	122
якоря генератора постоянного тока?
					Переменная	84
Ток	генератора увеличился. Как изменился				Не изменился	65
вращающий момент на валу генератора?
					Увеличился	95
					Уменьшился	22
При	неизменном	магнитном		потоке	Не изменился	141
возбуждения ток в обмотке якоря увеличился.
					Увеличился	142
Как изменился вращающий момент двигателя?
					Уменьшился	171
Частота вращения двигателя уменьшилась. Как					Не изменилась	29
изменилась ЭДС, индуцируемая в			обмотке
					Увеличилась	39
якоря?
					Уменьшилась	4
					В двигателе ЭДС не индуцируется	30

Основным элементом обмотки якоря является секция — часть обмотки, подсоединенная к двум коллекторным пластинам, которые следуют друг за другом по схеме обмотки (рис. 9.7).

Рис. 9.7. Общий вид секции обмотки якоря	Рис. 9.8. Принцип построения простой петлевой обмотки
Секция может состоять из одного	или нескольких витков. Активные стороны секции

располагаются под разноименными полюсами на расстоянии полюсного деления друг от друга (полюсным делением называют часть длины окружности якоря, приходящуюся на один полюс). При этом ЭДС, индуцируемые в активных сторонах секции, суммируются.

В современных машинах постоянного тока применяют двухслойные обмотки якоря, в каждом пазу которого укладываются две активные стороны двух различных секций. Очевидно, что в этом случае число пазов равно числу секций.

Для уменьшения пульсаций ЭДС секции обмотки соединяют последовательно: к коллекторной пластине припаивают конец одной секции и начало следующей.

Таким образом, число коллекторных пластин также оказывается равным числу секций. При проектировании и расчете обмоток якорей используют следующие понятия:

первый частичный шаг у1 (ширина секции) — число пазов, расположенных между активными сторонами секции;

второй частичный шаг у2 — число пазов между конечной стороной одной секции и начальной стороной следующей секции;

результирующий шаг у — число пазов между начальными сторонами двух последовательно соединенных секций;

шаг обметки по коллектору ук — число коллекторных пластин между началом и концом секции по ходу обмотки.

Взависимости от формы секции различают петлевые и волновые обмотки.

Впетлевой обмотке секция имеет форму петли, а начало и конец секции припаяны к двум соседним коллекторным пластинам (рис. 9.8).

Расчет простой петлевой двухслойной обмотки осуществляют по следующим формулам:

у = у	к	=1;	у =	z	± b;	y	2	= y − y
			1	2 p				1

где z — число пазов якоря; р — число пар полюсов машины; b — дробь, которую отнимают или добавляют к значению у, чтобы оно стало целым числом.

Группы секций образуют параллельные ветви, число которых равно числу полюсов машины. Наличие параллельных ветвей позволяет уменьшить токовые нагрузки на щетки, что очень важно, так как коллекторно-щеточный контакт — самый уязвимый и ненадежный элемент электрической машины постоянного тока.

Рис. 9.9 Принцип построения простой волновой

обмотки

В волновой обмотке секция по форме напоминает волну (рис. 9.9).

Расчет простой волновой двухслойной обмотки осуществляется по формулам

y = y	к	=	k ±1	;	y =	z	± b;	y = y − y
			p		1	2 p		2	1

где k — число коллекторных пластин.

Простая волновая обмотка всегда имеет одну пару параллельных ветвей.

Волновую обмотку, в которой половина секций всегда соединена последовательно, применяют в электрических машинах, рассчитанных на высокие напряжения.

В машинах, рассчитанных на сильные токи, используют петлевые обмотки с большим числом пар параллельных ветвей.

Для увеличения числа пар параллельных ветвей разработаны схемы сложных петлевых и волновых обмоток, состоящих из двух или нескольких простых обмоток.

Токи, индуцируемые в якорной обмотке, подводятся к потребителю электрической энергии через щеточно-коллекторный узел. Коллектор машины постоянного тока является самой ответственной в эксплуатации деталью, так как его скользящий контакт требует постоянного наблюдения и ухода, очистки от пыли, нагара и грязи, поддержания оптимального давления между трущимися поверхностями. Кроме того, коллектор является механическим выпрямителем переменного тока, который периодически меняет направление тока в каждой секции, сохраняя постоянство направления тока во внешней цепи.

Карточка № 9.3 (308).

Понятие об обмотке якоря. Коллектор и его назначение

Якорь имеет 12 пазов. Обмотка якоря двухслойная.		Для ответа на вопрос		недостаточно			146
Определить: а) число секций в обмотке;	б) число	данных: неизвестно число			полюсов
пластин коллектора		машины
		а) 12; б) 12					162
		а) 6; б) 12					64
		а) 6; б) 6					8
Якорь четырехполюсной машины имеет 12 пазов и		а) 12; б) 12					43
простую петлевую обмотку. Найти: а)	ширину
		а) 3; б) 1					87
секции; б) шаг по коллектору
		а) 3; б) 3					71
Якорь четырехполюсной машины имеет 9 пазов и		а) 2; б) 2					19
простую волновую обмотку. Определить: а)
		а) 2; б) 4					45
ширину секции; б) шаг по коллектору
		а) 4; б) 1					76
		Задача не определена, так как					169
		неизвестно	число	коллекторных
		пластин
В каких машинах применяют обмотки: а)		а) Высоковольтных; б) сильноточных					150
петлевые; б) волновые?
		а) Сильноточных; б) высоковольтных					134
		а) Генераторах; б) двигателях					138
		а) Двигателях; б) генераторах					125
Каково основное назначение коллектора?		Крепление обмотки якоря					156
		Электрическое		соединение			68
		вращающейся	обмотки		якоря	с
		неподвижными клеммами машины
		Выпрямление	переменного		тока	в	101
		секциях обмотки

§9.4. ЭДС, индуцируемая в обмотке якоря

Приведенные ранее формулировки закона электромагнитной индукции неудобны для практики, так как выражают ЭДС через переменные физические величины, которые сравнительно трудно рассчитать и измерить (скорость изменения магнитного потока, скорость пересечения силовых линий, магнитная индукция). Поэтому, применяя логические рассуждения и известные зависимости, ЭДС генератора выражают через магнитный поток возбуждения и частоту вращения машины.

Как указывалось, магнитная индукция распределена по окружности якоря неравномерно (трапецеидальный закон распределения), что вызывает пульсации ЭДС в каждой секции. Однако

при суммировании ЭДС большого числа секций обмотки якоря пульсации сглаживаются и на зажимах машины ЭДС имеет постоянное усредненное значение. Поэтому реальное магнитное

поле машины можно заменить равномерным с одинаковым средним значением магнитной индукции по всей боковой поверхности якоря.

Среднее значение магнитной индукции равно отношению магнитного потока полюса к площади, которую он пронизывает:

Вср=Ф/(τl),

где τ— полюсное деление; l — длина якоря, равная активной длине секции обмотки. Введя обозначение τ=πD/(2р), где D — диаметр якоря, получим

Bср = πФD l = πФDl

2 p

Среднее значение ЭДС, индуцируемой в одном активном проводнике обмотки, определим по формуле закона электромагнитной индукции: E1=Всрlv. Следовательно,

E = 2 pФ lv = 2 pФ v
1	π Dl	π D

Линейная скорость движения проводников обмотки якоря в (м/с) v=pDn/60, где D — диаметр якоря, м; п — частота вращения якоря, об/мин. Следовательно,

E =

2 pФ

lv =

2 pФ

v

1

π Dl

π D

ЭДС генератора равна сумме ЭДС последовательно соединенных проводников, число

которых равно числу всех проводников обмотки N, деленному на число параллельных ветвей 2а:

E = E

N

= 2 pФn

N

=

p N

Ф

60 a

p N

1 2a

60

2a

n

Величину

— называют постоянной генератора. Таким образом, Е=сЕФп, т. е. ЭДС

60 a

генератора постоянного тока прямо пропорциональна частоте вращения якоря, магнитному потоку возбуждения и зависит от конструктивных особенностей машины, характеризуемых постоянной

сЕ.

		Карточка № 9.4 (170).
	ЭДС, индуцируемая в обмотке якоря
В четырехполюсной машине длина окружности якоря 40см,				Вср=1В×с/м2=1Тл				144
активная	длина проводника	10см, магнитный поток		×	2			96
возбуждения 0,01Вб. Определить среднее			значение
				Вср=0,01В с/м =0,01Тл
магнитной индукции
				Вср=0,0001Тл				112
				Вср=2Тл				79
В условиях предыдущей задачи линейная			скорость	E=0,1В				24
проводников обмотки якоря 10м/с. Найдите ЭДС,
				E=100В				46
индуцируемую в одном проводнике
				E=1В				118
В пазах якоря рассматриваемой машины уложено 460				Задача не определена, так как				7
проводников простой петлевой обмотки. Определить ЭДС,				неизвестно		число	пар
индуцируемую в обмотке якоря				параллельных			ветвей
				обмотки якоря
				E=460В				20
				E=230В				91
				E=115В				168
Рассмотренная выше машина работает в качестве генератора.				Задача не определена				109
Найти постоянную генератора
				cE=460/60				3
Частота	вращения якоря	рассматриваемой	машины	100В				39
1500об/мин. Определить ЭДС, индуцируемую в обмотке
				115В				37
якоря
				230В				116

§9.5. Реакция якоря

В режиме холостого хода магнитное поле машины создается только обмоткой возбуждения (рис. 9.10, а). При подключении нагрузки через обмотку якоря проходит ток, который создает свое магнитное поле (рис. 9.10, б).

На рисунках кружками показаны сечения проводников обмотки возбуждения и обмотки якоря. Ток в проводнике, текущий за плоскость рисунка, помечен кружком с крестиком, а ток, направленный «к нам»,— кружком с точкой. Направления магнитных силовых линий определены по правилу буравчика.

Рис. 9.10. Реакция якоря в генераторе постоянного тока

Реально существующее в нагруженной машине магнитное поле следует-рассматривать как результат наложения магнитных полей обмотки возбуждения и обмотки якоря (рис. 9.10, в).

Таким образом, магнитное поле машины, в котором движутся проводники обмотки якоря, создается не только обмоткой возбуждения, но и обмоткой якоря. При этом поле возбуждения стабильно, а поле якоря изменяется при изменении нагрузки машины.

Влияние магнитного поля якоря на поле возбуждения машины называют реакцией якоря. Вследствие реакции якоря (рис. 9.10, в) симметрия магнитного поля машины нарушается.

Происходит усиление магнитного потока под сбегающим краем полюса генератора и ослабление

— под набегающим краем (якорь генератора вращается по часовой стрелке; следовательно, левый край северного полюса и правый край южного полюса «набегают» на якорь).

Вследствие насыщения участков магнитной цепи усиление магнитного потока под одним краем полюса оказывается относительно меньшим, чем ослабление магнитного потока под другим краем. Это приводит к тому, что среднее значение магнитного потока в нагруженной машине становится меньше, чем в ненагруженной. Соответственно уменьшается и ЭДС, индуцируемая в обмотке якоря.

Назовем геометрической нейтралью воображаемую линию, которая проходит строго посередине между полюсами и лежит в плоскости, разделяющей магнитную систему машины на две симметричные части. Аналогичную линию, проходящую через диаметрально противоположные точки окружности якоря, в которых магнитная индукция равна нулю, назовем физической нейтралью. Магнитная индукция равна нулю в тех точках, где магнитные силовые линии касаются окружности якоря (не входя в него), а физическая нейтраль перпендикулярна магнитным силовым линиям.

Вненагруженной машине физическая нейтраль совпадает с геометрической.

Внагруженном генераторе (рис. 9.10, в) физическая нейтраль mm’ поворачивается

относительно геометрической нейтрали пп’ на угол α в сторону вращения якоря.

Мысленно представим себе, что на рис. 9.10 изображен не генератор, а двигатель. Тогда

при тех же направлениях токов в обмотках якоря и возбуждения ротор двигателя начал бы вращаться в другую сторону (против часовой стрелки), в чем нетрудно убедиться, применив правило левой руки. Правый край северного полюса и левый край южного полюса стали бы набегающими.

Следовательно, в нагруженном двигателе магнитный поток усиливается под набегающим краем полюса и ослабляется под сбегающим краем, а физическая нейтраль поворачивается на угол α против вращения якоря.

Щёточно-коллекторный узел — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Щёточно-коллекторный узел — узел электрической машины, обеспечивающий электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части машины. Состоит из коллектора (набора контактов, расположенных на роторе) и щёток (скользящих контактов, расположенных вне ротора и прижатых к коллектору).

Коллектор со следами износа (показан стрелкой)

В коллекторном электродвигателе щёточно-коллекторный узел одновременно выполняет две функции:

В бесколлекторных электродвигателях постоянного тока (вентильный электродвигатель) электронным аналогом щёточноколлекторного узла является датчик положения ротора и электронный переключатель направления тока в обмотках статора (инвертор).

В генераторах также одновременно выполняет две функции: является датчиком углового положения ротора со скользящими контактами и переключателем направления тока со скользящими контактами на токосъёмах (щётках) в зависимости от углового положения ротора, то есть является механическим выпрямителем.

В бесколлекторных генераторах постоянного тока (синхронный генератор) обе функции — и датчика углового положения ротора (по направлению и величине ЭДС), и переключателя направления тока на выходных зажимах (по направлению и величине ЭДС) выполняет неуправляемый выпрямитель на диодах.

Кроме того, до середины XX в. широкое распространение имели механические выпрямители, коллекторы которых вращались синхронными двигателями для выпрямления сетевого напряжения. Применялись для мощных потребителей, устанавливались на заводах по производству алюминия, на тяговых подстанциях железных дорог и, иногда, трамваях.

Износ коллектора в двигателе стиральной машины

Щёточно-коллекторный узел является одной из наименее надёжных частей электрических машин, поскольку скользящие контакты интенсивно изнашиваются от трения. Для профессионального электроинструмента, например, щётки являются расходным материалом. По этой причине с точки зрения надёжности предпочтительны двигатели без щёточно-коллекторного узла — вентильный электродвигатель и асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Щёточный контакт при нормальных условиях работы вызывает наибольшее число отказов в работе электрических машин. Так, в среднем 25 % отказов коллекторных машин постоянного тока происходит из-за выхода из строя щеточно-коллекторного узла, а в транспортных установках доля таких отказов достигает 44…66 %)^[1].

Часть щёточно-коллекторного узла — «щётка» получила своё название от ранних конструкций, в которых действительно была похожа на щётку из множества гибких проволочек. В настоящее время изготавливается в виде бруска из графита или другого токопроводящего материала с малым удельным сопротивлением и малым коэффициентом трения.

1. ↑ Бут Д. А. Глава 1. Общие сведения о бесконтактных электрических машинах // Бесконтактные электрические машины. — 2-е. — М. : Высшая школа, 1990. — С. 9. — 416 с. : ил. — ISBN 5-06-000719-7.

4.2. Принцип работы г.П.Т. Роль коллектора

В основе работы Г.П.Т. лежит закон эл. магнитной индукции, открытый М. Фарадеем. Если перемещать проводник так, чтобы он перерезал магнитные линии, то в проводнике наводится ЭДС , направление которой можно определить правилом правой руки.

Если якорь Г.П.Т. вращается первичным двигателем в неподвижном магнитном поле главных полюсов, то в витках его обмотки индуктируются переменные ЭДС .

Форма полюсных наконечников обеспечивает в зазоре синусоидальное распределение магнитной индукции: , где α – пространственный угол смещения витков якоря.

При вращении якоря в таком магнитном поле индукция ЭДС витков будут также синусоидальны, но во времени, т.е. .

Для простоты рассмотрим простейшую обмотку якоря, состоящую из одного витка. Если концы такого витка присоединить через кольца и щетки к внешней нагрузке, то в цепи потечет синусоидальный переменный ток.

Чтобы выпрямить этот ток во внешней цепи, применяют коллектор.

Простейший коллектор представляет собой два изолированных полукольца, к которым присоединены концы витка. На полукольца наложены щетки, неподвижные в пространстве, к которым присоединена внешняя цепь R. Благодаря полукольцам щетка соприкасается с той стороны витка, которая находится под одним и тем же определенным полюсом. Например, щетка «А» соприкасается и со стороной «а» и со стороной «в» витка, когда они находятся в нашем примере под северным полюсом «N». Это приводит к тому, что полярность щеток не меняется и через R течет ток одного направления, правда пульсирующий, с максимальной величиной пульсации, равной 100%: . Чтобы уменьшить пульсацию, на якоре располагают симметрично несколько витков.

Для W=2 () ε%=17,2%

Для W=3 () ε%=7,2%

При большем числе витков пульсация становится весьма незначительной, во внешней цепи течет постоянный ток.

3. Кольцевой и барабанный якорь. Виды обмоток

Проследим работу М.П.Т. в режиме генератора с простейшим кольцевым якорем.

Кольцевой якорь – это полый цилиндр, набранный из листовой ЭТ-стали, который обвит непрерывной спиральной обмоткой, составляющей замкнутый контур. При вращении якоря в магнитном поле полюсов ЭДС индуктируются только в проводниках, расположенных с внешней стороны якоря. Проводники внутренней стороны якоря, а также торцевые или лобовые соединения магнитных линий не пересекают и ЭДС в них не индуктируются. Они играют роль только соединительных проводников. В этом – неэкономичность колец якоря.

ЭДС в витках обмотки, движущихся под северным полюсом, противоположны ЭДС витков, движущихся под южным полюсом. В силу симметрии эти ЭДС в замкнутой обмотке якоря уравновешиваются, и при отсутствии внешней нагрузки никакого внутреннего тока в обмотке не возникает.

Но если в местах раздела обмотки на две параллельные ветви установить щетки и соединить их с внешней нагрузкой, то по отношению к ней эти ЭДС будут действовать параллельно и согласно, и через нагрузку потечет постоянный ток .

Приспосабливать обмотку якоря для непосредственного контакта нецелесообразно. Поэтому применяют коллектор, пластины которого соединяют специальными проводниками с каждым витком обмотки, и на коллектор накладывают щетки. Эл. схема остается той же самой, т.е. щетки и коллектор делят обмотку кольцевого якоря также на две параллельные ветви.

В силу неэкономичности (более половины длины обмотки не участвует в образовании ЭДС) кольцевой якорь сейчас практически не применяется и заменяется барабанным якорем. В последнем обмотка укладывается в пазы только с внешней стороны, и вся (за исключением лоб. частей) участвует в образовании ЭДС .

При образовании витка обмотки целесообразно соединять между собой стороны витка, лежащие под разными, но соседними полюсами. Тогда виток будет пронизываться полным потоком полюса, и ЭДС в нем будет максимальна.

При числе полюсов >2 (4; 6; 8…) возможны два вида обмоток: петлевая и волновая.

При петлевой, или параллельной обмотке, образовавшийся виток из двух проводников, третий проводник присоединяют, вернувшись под исходный полюс.

Здесь характерно соотношение а=р, где а – число пар параллельных ветвей; р. – число пар параллельных полюсов. Петлевая обмотка применяется в Г.П.Т. сравнительно небольшого напряжения, но относительно большого тока. При волновой, или последовательной обмотке, образовав виток из двух проводников, третий проводник присоединяют под следующим по порядку полюсом, а не возвращаются под исходный. Здесь, а≠р. Волновая обмотка применяется в Г.П.Т. достаточно высокого напряжения, но относительно малого тока.

Принцип действия электрического генератора и электрического двигателя постоянного тока.Назначение коллектора

Все электрические машины подразделяются по значению на два вида: Генераторы, Двигатели. Принципиально, что генераторы, что двигатели устроены одинаково.

Генераторы— при вращение ветка его рабочие стороны пересекают магнитные селевые линии полюсов, поэтому в них индуктируется ЭДС. Если к ветку подсоединить проводники и нагрузку (потребитель лампочка) то в цепи пойдет электрический ток. Этот ток будет направлен также как и ЭДС. Этот ток образует собственное магнитное поле и при этом он образует силы, действующие на проводники по направлению определяемой правилами левой руки. Эти силы создают электромагнитный вращающий момент, и он направлен в сторону противоположную вращению проводников, поэтому он является тормозным моментом. Для того чтобы предотвратить остановку якоря требуется приладить внешний вращающий момент противоположный тормозному моменту и больший по величине.

Условиями работы электрических генераторов является;

1. Совпадение по направлению тока и ЭДС что указывает, что машина отдает электрическую энергию (мощность).
2. Возникновение электромагнитного тормозного момента, из которого вытекает необходимость в получение извне механической энергии.

Двигатель — если подключить проводникам якоря к источнику тока, то по проводнику начинает происходить электрический ток. Этот ток будет создавать собственное магнитное поле, которое взаимодействие с магнитным полем полюсов будут, выталкивается, в результате совместного действия этих сил создается вращающий момент, который приводит якорь с проводниками во вращения. Одновременно при вращение подводников якоря в магнитном поле в каждом проводнике, индуктируется, ЭДС который определяется правилами правой руки. Следовательно, это ЭДС направлено против тока от внешнего источника, то есть она препятствует прохождения тока по проводникамcan forex make you rich . По этой причине для электродвигателей ее называют противно – ЭДС. Для того чтобы якоря продолжал, вращается и создавал требуемый момент (сила тяги) необходимо прикладывать к электродвигателю внешнее напряжение направленное на встречу против – ЭДС и больший по величине.

Условия работы электродвигателей.

1. Совпадение по направлению электромагнитного момента и частоты вращения якоря это характеризует отдачу машиной в механической энергии.
2. Возникновение в проводниках якоря против – ЭДС направлено против внешнего напряжения и тока и с него вытекает необходимость потребления извне электрической энергии.

Назначение коллектора. При вращение рамки в магнитном поле индуктированная в нем ЭДС непрерывно изменяется по величине и направлению, а соответственно изменяется и ток во внешней цепи по тому же самому закону. Для получения во внешней цепи постоянного по направлению тока концы рамок подсоединяют к полукольцам. А для того чтобы получить постоянный по величине ток применяют большое количество рамок. Такую конструкцию называют, коллектором и его назначение является выпрямление переменной ЭДС получаемой в рамке.

Коллектор позволяет сохранить в постоянном направлением тока и напряжение во вешней электрической цепи действующую между щетками несмотря то, что в витке якоря ЭДС и ток изменяется дважды за один полный оборот рамки. Коллектор предназначен для соединения якорной обмотки с внешней цепью.

Условные обзначения

Главный плюс силы обмотка возбуждения.

Веток -1 конвенционная машина (только