Презентация по теме «Электрические машины постоянного тока» курса «Электротехника»

Презентация по теме «Электрические машины постоянного тока » курса «Электротехника».

Содержание:

• Устройство электрической машины постоянного тока

• Принцип действия машины постоянного тока

• Работа электрической машины постоянного тока в режиме генератора

• Генераторы с независимым возбуждением. Характеристики генераторов

• Генераторы с самовозбуждением. Принцип самовозбуждения генераторов

• Работа электрической машины постоянного тока в режиме двигателя. Основные уравнения

• Механические характеристики электродвигателей постоянного тока

Устройство электрической машины постоянного тока

• Электрическая  машина  постоянного  тока состоит из двух основных частей: неподвижной части (индуктора) и вращающейся части ( якоря с барабанной обмоткой).      На рис.1 изображена конструктивная схема машины постоянного тока

Индуктор состоит из станины 1 цилиндрической формы, изготовленной из ферромагнитного материала, и полюсов с обмоткой возбуждения 2, закрепленных на станине. Обмотка возбуждения создает основной магнитный поток.       Магнитный поток может создаваться постоянными магнитами, укрепленными на станине.       Якорь состоит из следующих элементов: сердечника 3, обмотки 4, уложенной в пазы сердечника, коллектора 5.        Сердечник якоря для уменьшения потерь на вихревые точки набирается из изолированных друг от друга листов электротехнической стали.

• Индуктор состоит из станины 1 цилиндрической формы, изготовленной из ферромагнитного материала, и полюсов с обмоткой возбуждения 2, закрепленных на станине. Обмотка возбуждения создает основной магнитный поток.       Магнитный поток может создаваться постоянными магнитами, укрепленными на станине.       Якорь состоит из следующих элементов: сердечника 3, обмотки 4, уложенной в пазы сердечника, коллектора 5.        Сердечник якоря для уменьшения потерь на вихревые точки набирается из изолированных друг от друга листов электротехнической стали.

Принцип действия машины постоянного тока

• Рассмотрим работу машины постоянного тока на модели, где 1 - полюсы индуктора, 2 - якорь, 3 - проводники, 4 - контактные щетки.      Проводники якорной обмотки расположены на поверхности якоря. Очистим внешние поверхности проводников от изоляции и наложим на проводники неподвижные контактные щетки.      Контактные щетки размещены на линии геометрической нейтрали, проведенной посредине между полюсами.      Приведем якорь машины во вращение в направлении, указанном стрелкой.

 Определим направление ЭДС, индуктированных в проводниках якорной обмотки по правилу правой руки.

•  Определим направление ЭДС, индуктированных в проводниках якорной обмотки по правилу правой руки.

•      На рис..2 крестиком обозначены ЭДС, направленные от нас, точками - ЭДС, направленные к нам. Соединим проводники между собой так, чтобы ЭДС в них складывались. Для этого соединяют последовательно конец проводника, расположенного в зоне одного полюса с концом проводника, расположенного в зоне полюса противоположной полярности (рис..3)

•      

Если соединить все проводники обмотки по определенному правилу последовательно, то результирующая ЭДС якорной обмотки равна нулю, ток в обмотке отсутствует. Контактные щетки делят якорную обмотку на две параллельные ветви.       В верхней параллельной ветви индуктируется ЭДС одного направления, в нижней параллельной ветви - противоположного направления. ЭДС, снимаемая контактными щетками, равна сумме электродвижущих сил проводников, расположенных между щетками.       На рис. 4 представлена схема замещения якорной обмотки.

• Если соединить все проводники обмотки по определенному правилу последовательно, то результирующая ЭДС якорной обмотки равна нулю, ток в обмотке отсутствует. Контактные щетки делят якорную обмотку на две параллельные ветви.       В верхней параллельной ветви индуктируется ЭДС одного направления, в нижней параллельной ветви - противоположного направления. ЭДС, снимаемая контактными щетками, равна сумме электродвижущих сил проводников, расположенных между щетками.       На рис. 4 представлена схема замещения якорной обмотки.

•    В параллельных ветвях действуют одинаковые ЭДС, направленные

• где Се - константа.

•       В реальных электрических машинах постоянного тока используется специальное контактное устройство - коллектор. Коллектор устанавливается на одном валу с сердечником якоря и состоит из отдельных изолированных друг от друга и от вала якоря медных пластин. Каждая из пластин соединена с одним или несколькими проводниками якорной обмотки. На коллектор накладываются неподвижные контактные щетки. С помощью контактных щеток вращающаяся якорная обмотка соединяется с сетью постоянного тока или с нагрузкой.

Работа электрической машины постоянного тока в режиме генератора

Генераторы с независимым возбуждением. Характеристики генераторов

      Магнитное поле генераторов с независимым возбуждением может создаваться от постоянных магнитов (рис.7).

•       Магнитное поле генераторов с независимым возбуждением может создаваться от постоянных магнитов (рис.7).

Генераторы с самовозбуждением. Принцип самовозбуждения генератора с параллельным возбуждением

•     Недостатком генератора с независимым возбуждением является необходимость иметь отдельный источник питания. Но при определенных условиях обмотку возбуждения можно питать током якоря генератора.    Самовозбуждающиеся генераторы имеют одну из трех схем: с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. На рис. 10 изображен генератор с параллельным возбуждением.

     Вторым условием является согласное включение обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения и якоря должны быть соединены таким образом, чтобы ЭДС якоря создавала ток, усиливающий остаточный магнитный поток. Усиление магнитного потока приведет к увеличению ЭДС. Машина самовозбуждается и начинает устойчиво работать с каким-то током возбуждения Iв = const и ЭДС Е = const, зависящими от сопротивления Rв в цепи возбуждения.

•      Вторым условием является согласное включение обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения и якоря должны быть соединены таким образом, чтобы ЭДС якоря создавала ток, усиливающий остаточный магнитный поток. Усиление магнитного потока приведет к увеличению ЭДС. Машина самовозбуждается и начинает устойчиво работать с каким-то током возбуждения Iв = const и ЭДС Е = const, зависящими от сопротивления Rв в цепи возбуждения.

•      Третьим условием является то, что сопротивление цепи возбуждения при данной частоте вращения должно быть меньше критического. Изобразим на рис. 11 характеристику холостого хода генератора E = f (Iв) рп (кривая 1) и вольтамперную

характеристику сопротивления цепи возбуждения Uв = Rв·Iв, где Uв - падение напряжения в цепи возбуждения. Эта характеристика представляет собой прямую линию 2, наклоненную к оси абсцисс под углом γ  (tg γ ~ Rв).

• характеристику сопротивления цепи возбуждения Uв = Rв·Iв, где Uв - падение напряжения в цепи возбуждения. Эта характеристика представляет собой прямую линию 2, наклоненную к оси абсцисс под углом γ  (tg γ ~ Rв).

• Ток обмотки возбуждения увеличивает магнитный поток полюсов при согласном включении обмотки возбуждения. ЭДС, индуцированная в якоре, возрастает, что приводит к дальнейшему увеличению тока обмотки возбуждения,

     Падение напряжения в цепи возбуждения пропорционально росту тока. В точке пересечения характеристики холостого хода машины 1 с прямой 2 процесс самовозбуждения заканчивается. Машина работает в устойчивом режиме.      Если увеличим сопротивление цепи обмотки возбуждения, угол наклона прямой 2 к оси тока возрастает. Точка пересечения прямой с характеристикой холостого хода смещается к началу координат. При некотором значении сопротивления цепи возбуждения Rкр, когда      Падение напряжения в цепи возбуждения пропорционально росту тока. В точке пересечения характеристики холостого хода машины 1 с прямой 2 процесс самовозбуждения заканчивается. Машина работает в устойчивом режиме.

•      Падение напряжения в цепи возбуждения пропорционально росту тока. В точке пересечения характеристики холостого хода машины 1 с прямой 2 процесс самовозбуждения заканчивается. Машина работает в устойчивом режиме.      Если увеличим сопротивление цепи обмотки возбуждения, угол наклона прямой 2 к оси тока возрастает. Точка пересечения прямой с характеристикой холостого хода смещается к началу координат. При некотором значении сопротивления цепи возбуждения Rкр, когда      Падение напряжения в цепи возбуждения пропорционально росту тока. В точке пересечения характеристики холостого хода машины 1 с прямой 2 процесс самовозбуждения заканчивается. Машина работает в устойчивом режиме.

     Если увеличим сопротивление цепи обмотки возбуждения, угол наклона прямой 2 к оси тока возрастает. Точка пересечения прямой с характеристикой холостого хода смещается к началу координат. При некотором значении сопротивления цепи возбуждения Rкр, когда γ = γкр, самовозбуждение становится невозможным. При критическом сопротивлении вольт - амперная характеристика цепи возбуждения становится касательной к прямолинейной части характеристики холостого хода, а в якоре появляется небольшая ЭДС.

•      Если увеличим сопротивление цепи обмотки возбуждения, угол наклона прямой 2 к оси тока возрастает. Точка пересечения прямой с характеристикой холостого хода смещается к началу координат. При некотором значении сопротивления цепи возбуждения Rкр, когда γ = γкр, самовозбуждение становится невозможным. При критическом сопротивлении вольт - амперная характеристика цепи возбуждения становится касательной к прямолинейной части характеристики холостого хода, а в якоре появляется небольшая ЭДС.

Работа электрической машины постоянного тока в режиме двигателя. Основные уравнения

•       Под действием напряжения, подведенного к якорю двигателя, в обмотке якоря появится ток Iя. При взаимодействии тока с магнитным полем индуктора возникает электромагнитный вращающий момент

1. с помощью реостата в цепи обмотки возбуждения;

• 1. с помощью реостата в цепи обмотки возбуждения;

• 2. изменением напряжения U на зажимах якорной обмотки.

• Чтобы изменить направление вращения двигателя  на обратное  (реверсировать двигатель), необходимо из        Магнитный поток Ф зависит от тока возбуждения Iв, создаваемого в обмотке возбуждения. Из формулы (11.5) видно, что частоту вращения двигателя постоянного тока n2 можно регулировать следующими способами:

• 3. изменением тока возбуждения с помощью реостата в цепи обмотки возбуждения;

• изменением тока возбуждения изменить направление тока в обмотке якоря или индуктора.

Механические характеристики электродвигателей постоянного тока

         Эта характеристика является жесткой. С увеличением нагрузки частота вращения такого двигателя уменьшается в небольшой степени (рис. 15).

•          Эта характеристика является жесткой. С увеличением нагрузки частота вращения такого двигателя уменьшается в небольшой степени (рис. 15).

возбуждения двигателя одновременно является током якоря. Магнитный поток индуктора пропорционален току якоря.

• возбуждения двигателя одновременно является током якоря. Магнитный поток индуктора пропорционален току якоря.

     Уравнение механической характеристики двигателя последовательного возбуждения выглядит следующим образом:

•      Уравнение механической характеристики двигателя последовательного возбуждения выглядит следующим образом:

       Двигатель смешанного возбуждения имеет механическую характеристику, представляющую собой нечто среднее между механическими характеристиками двигателя параллельного и последовательного возбуждения.        Двигатели с параллельным возбуждением применяются для привода станков и различных механизмов, требующих широкой регулировки скорости.        Двигатели с последовательным возбуждением применяются в качестве тяговых двигателей электровозов, трамваев и т.д.

•        Двигатель смешанного возбуждения имеет механическую характеристику, представляющую собой нечто среднее между механическими характеристиками двигателя параллельного и последовательного возбуждения.        Двигатели с параллельным возбуждением применяются для привода станков и различных механизмов, требующих широкой регулировки скорости.        Двигатели с последовательным возбуждением применяются в качестве тяговых двигателей электровозов, трамваев и т.д.