Машины постоянного тока

1. Г Л А В А П Е Р В А Я МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

ГЛАВА ПЕРВАЯ
МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО
ТОКА.
1.1 Принцип действия машин
постоянного тока

2.

Устройство машины постоянного тока.
На рис.1.1 представлена простейшая МПТ, а на рис.1.2
дано схематическое изображение этой машины. Неподвижная
часть машины, называемая индуктором, состоит из полюсов и
стального ярма, к которому прикреплены полюса.
Назначением индуктора является создание в машине
основного магнитного потока. Индуктор, изображенный на
рис.1.1, имеет 2 полюса 1 (ярмо индуктора на рис.1.1 не
показано).
Вращающаяся часть машины состоит из укрепленного на
валу цилиндрического якоря 2 и коллектора 3.

3.

4.

5.

Якорь состоит из сердечника, набранного из
листов электротехнической стали, и обмотки,
укрепленной на сердечнике якоря. Обмотка якоря в
показанной на рис.1.1 и 1.2 простейшей машине
имеет один виток. Концы витка соединены с
изолированными от вала медными пластинами
коллектора, число которых в данном случае равно
двум. На коллектор наложены две неподвижные
щетки 4, с помощью которых обмотка якоря
соединена с внешней цепью.

6.

Основной магнитный поток в МПТ
создается обмоткой возбуждения,
которая расположена сердечнике
полюсов и питается постоянным током.
Магнитный поток, проходя от северного
полюса N через якорь к южному полюсу
S и от него через ярмо снова к
северному полюсу.

7.

Проводники обмотки якоря
вращаются в магнитном поле, и поэтому
в обмотке якоря двигателя тоже
индуктируется ЭДС.
В режиме двигателя приложенное к
якорю напряжение уравновешивается
ЭДС и падением напряжения в обмотке
якоря
U = E + Ir

8.

Развиваемая электромагнитным моментом
мощность называется электромагнитной
мощностью
Pэм M эм
После преобразований электромагнитная мощность может
быть выражена и через ЭДС и ток: Рэм = EI.
В свою очередь в обмотке якоря под действием ЭДС и тока
развивается электрическая мощность якоря
Ра = EI

9.

Таким образом, сравнивая последние
выражения: Рэм = Ра , т.е. внутренняя
электрическая мощность якоря равна
электромагнитной мощности, развиваемой
электромагнитным моментом, что отражает
процесс преобразования механической
мощности в электрическую в генераторе и
обратный процесс в двигателе.

10.

Умножим все слагаемые уравнения
равновесия напряжения на зажимах
генератора на величину I, получим
UI = EI – I2r
и слагаемые уравнения равновесия
напряжения на зажимах двигателя
UI = EI + I2r

11.

Левые части этих выражений представляют
собой электрические мощности на зажимах
якоря, первые слагаемые правых частей –
электромагнитную мощность якоря и
последние слагаемые – электрические
потери мощности в якоре.
Эти соотношения являются выражением
закона сохранения энергии и отражают
процесс преобразования энергии в МПТ.

12.

Согласно последним выражениям
механическая мощность, развиваемая на
валу генератора первичным двигателем,
за вычетом механических и магнитных
потерь, превращается в электрическую
мощность в обмотке якоря, а
электрическая мощность за вычетом
потерь в этой обмотке выдается во
внешнюю цепь.

13.

В двигателе электрическая мощность,
подводимая к якорю из внешней цепи,
частично расходуется на потери в обмотке
якоря, а остальная часть этой мощности
превращается в мощность электромагнитного
поля и последняя – в механическую
мощность, которая за вычетом потерь на
трение и потерь в стали якоря передается
рабочей машине.
Эти закономерности в равно степени
относятся и к машинам переменного тока.

14. 1.2 Устройство машины постоянного тока

На рис.1.6 изображен полюс машины.
Сердечники полюсов набираются из листов,
выштампованных из электротехнической
стали толщиной 0,5 – 1 мм. Сердечник
полюса стягивается шпильками, концы
которых расклепываются. Нижняя уширенная
часть сердечника называется полюсным
наконечником или башмаком.
Расположенная на полюсе обмотка обычно
разбивается на 2-4 катушки для лучшего ее
охлаждения.

15.

16.

Число главных полюсов всегда четное, причем
северные и южные полюса чередуются, что
достигается соответствующим соединением катушек
возбуждения отдельных полюсов. Катушки всех
полюсов соединяются обычно последовательно.
Мощность, затрачиваемая на возбуждение,
составляет около 0,5 – 3% от номинальной
мощности машины. Первая цифра относится к МПТ
в тысячи кВт, а вторая – к МПТ мощностью около 5
кВт.

17.

Для улучшения условий токосъема с
коллектора в МПТ мощностью более 0,5 кВт
между главными полюсами устанавливаются
также дополнительные полюса, которые
меньше главных по размерам. Сердечники
дополнительных полюсов обычно
изготавливаются из конструкционной стали.
Как главные, так и дополнительные полюса
крепятся к ярму болтами.

18.

Ярмо в машинах обычно
изготавливается из стали. В МПТ
массивное ярмо является одновременно
также станиной, т.е. Той частью, к
которой крепятся другие неподвижные
части машины и с помощью которой
машина обычно крепится к фундаменту
или другому основанию.

19.

Сердечник якоря набирается их
штампованных дисков толщиной 0,5 мм
(рис.1.7а). Диски насаживаются либо
непосредственно на вал, либо набираются на
якорную втулку, которая надевается на вал.
Сердечники якоря большого диаметра (более
100 см) составляются из штампованных
сегментом (рис.1.7б) электротехнической
стали.

20.

21.

В пазы на внешней поверхности якоря
укладываются катушки обмотки якоря.
Обмотка соединяется с коллектором.
Воздушный зазор между полюсами и якорем
в малых машинах менее 1 мм, а в крупных –
до 1 см.
Коллектор состоит из медных пластин
толщиной 3-15 мм, изолированных друг от
друга миканитовыми прокладками толщиной
около 1 мм.

22.

Для отвода тока от вращающего
коллектора и подвода к нему тока
применяется щеточный аппарат,
который состоит из щеток,
щеткодержателей, щеточных пальцев,
щеточной траверсы и токособирающих
шин.

23. Г Л А В А ВТОРАЯ МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПРИ ХОЛОСТОМ ХОДЕ.

2.1 Метод расчета магнитной
цепи

24.

Основным магнитным потоком Ф
называется поток в воздушном зазоре,
приходящийся на один главный полюс
машины. Значение Ф определяет значение
индуктируемой в обмотке якоря ЭДС.
При проектировании МПТ возникает
необходимость определения зависимости Ф
от тока возбуждения полюсов.

25.

Эта задача решается путем расчета магнитной цепи
машины при х.х., когда ток якоря равен нулю.
Вследствие симметрии устройства машины и
равенства потоков всех полюсов достаточно
рассмотреть магнитную цепь одной пары полюсов.
Магнитная цепь машины изображена на рис.2.1,
причем для каждого полюса штриховой линией
показана такая магнитная линия потока Ф , длину
которой можно считать средней для всех магнитных
линий.

26.

27.

Магнитная цепь может быть рассчитана на
основе закона полного тока для средней
магнитной линии (рис.2.1):
HdI i
где Н – напряженность магнитного поля;
dl – элемент длины магнитной линии;
i - полный ток, охватываемый
магнитной линией.

28.

Точное вычисление интеграла на практике
затруднительно. Поэтому магнитная цепь разбивается
на участки:
- воздушный зазор ;
- зубцы якоря hz;
- спинку якоря La;
- полюсы hm;
- ярмо Lя;
и заменяют интеграл суммой, предполагая, что
на протяжении каждого участка Н постоянна.

29.

Тогда вместо интеграла можно написать
2H 2H z h z 2Ha La 2Hm hm 2H я L я 2w в i в
Отдельные слагаемые последнего соотношения
представляют собой намагничивающие силы
отдельных участков магнитной цепи, и их сумма –
полную намагничивающую силу МПТ на пару
полюсов
2F 2Fz 2Fa 2Fm 2Fя 2Fв 2w в i в
где Fв - полная намагничивающая сила на один
полюс.

30.

При расчете магнитной цепи, исходя из
заданного значения ЭДС и пропорциональной
ей индукции, определяют значение Н на
отдельных участках цепи, предполагая при
этом, что поток распределяется равномерно
по сечениям этих участков, и затем
вычисляют их сумму (по последним двум
выражениям).
Подобный приближенный расчет дает
достаточную для технических целей точность.

31.

А
Ф
2
В
С
1
iв, Fв
Рис. 2.6.

32.

Такие зависимости называются
кривыми намагничивания или
магнитными характеристиками
машины.