Ответ 1 Двигатель состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора

Статор изготовлен в виде полого стального цилиндра c пазами на внутренней стороне. В пазахстатора расположена 3-х фазная обмотка (несколько токовых катушек с осями под углом α =120°/р, где p число пар катушек- полюсов). Обмотки соединяются по схеме «звезда» или «треугольник».

Ротор представляет собой цилиндрический сердечник, собранный из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. Сердечник ротора насажен на вал, закрепленный в подшипниках. В пазах сердечника ротора располагаются алюминиевые или медные стержни короткозамкнутой обмотки, торцевые концы которых замыкаются накоротко кольцами из того же материала, что и стержни. Если мысленно извлечь обмотку ротора из пакета ротора, то она будет иметь вид, показанный на рис. 34. Этот тип обмотки называется "беличья клетка".

Рис. 34

Статор имеет цилиндрическую форму. Он состоит из чугунного или алюминиевого корпуса, сердечника, набранного из тонких листов электротехнической стали. На внутренней поверхности сердечника вырублены пазы, в которые укладывается трехфазная обмотка.

Принцип действия асинхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля с токами, которые наводятся этим полем в проводниках ротора. Магнитное поле, пересекая активные проводники обмотки ротора индуцирует в них ЭДС согласно закону электромагнитной индукции. В замкнутых проводниках ротора возникает ток. На проводники ротора в магнитном поле действует сила, направление которой определяется правилом левой руки. Эта сила создает вращающий момент ротора. Ротор начинает вращаться с частотой n₂ несколько меньшей n₁. При увеличении нагрузки скорость вращения ротора уменьшается. Степень отставания характеризуется параметром скольжение s. s=n₁-n₂/n₁.

Вопрос 2. Какими достоинствами и недостатками обладает трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?

Ответ 2:

Достоинства:

а) простота конструкции и обслуживания,

б) низкая стоимость,

в) надежность в эксплуатации, экономичность,

г) легко осуществлять реверс,

д) возможность использования во взрывоопасных производствах. ( нет искрения).

Недостатки:

а) Потребление реактивного намагничивающего тока, что снижает коэффициент мощности сети,

б) Плохие пусковые характеристики. Пусковой ток превышает номинальный 6-8 раз,

в) Неудовлетворительные регулировочные характеристики.

Вопрос 3. Дать характеристику магнитного поля асинхронного двигателя.

Ответ 3. Принцип получения вращающегося магнитного поля.

Рис. 35

Рис. 36

Рис. 37

Если подключить катушки статора АХ,ВY,CZ (рис.35) к 3-х фазному напряжению, то ток в каждой из катушек будет изменяться в соответствии с временной диаграммой изменения 3-х фазного напряжения (рис.37) , соответственно магнитное поле создаваемое этими токами будет изменяться аналогичным образом. В каждый момент времени магнитные поля каждой из катушек суммируются и дают результирующее поле. Рассмотрим процесс получения результирующего поля в моменты времени когда токи в фазах А, В и С максимальны и положительны ( интервал времени составит одну треть периода Т/3) .

Пусть в момент времени t₁ ток катушки АХ I_A положительный и поле этой катушки направлено вдоль оси этой катушки. В это же время токи катушек фаз В и С отрицательны и их магнитные поля направлены противоположно их осям. Оси катушек расположены под углом 120°. Сумма 3х-полей дает магнитное поле направленное вдоль оси катушки АХ (рис.38).

Аналогичные рассуждения в моменты времени t₂=t₁+T/3 и t₃=t₃+T/3 дают результирующие поля вдоль осей BY второй катушки и CZ третьей катушки соответственно. Через время равное периоду Т вектор магнитного поля вновь будет расположен вдоль оси АХ первой катушки. Таким образом, мы получили вращающееся магнитное поле. В каждый момент времени поле направлено перпендикулярно продольной оси статора.

Часть магнитного поля статора выходит из статора и замыкается по воздуху. Это поля рассеяния. Они не участвуют в процессе передачи энергии от статора к ротору.

Вопрос 4. Как осуществить реверс двигателя?

Ответ 4. Для осуществления реверса двигателя необходимо сменить направление вращения магнитного поля статора. Это достигается изменением порядка чередования фаз питания (рис.42). Включение Q₁ прямой ход , включение Q₂ – обратный ход.

Вопрос 5. Что такое режим идеального холостого хода в двигателе?

Ответ 5. Режим идеального холостого хода двигателе – это режим работы в отсутствии нагрузки на валу. При этом частота вращения ротора совпадает с частотой вращения магнитного поля и скольжение S=0.

Вопрос 6. Почему ток холостого хода асинхронного двигателя больше тока холостого хода трехфазного трансформатора такой же мощности?

1. В АД , так же как и в трансформаторе , ток роторе возникает благодаря процессу взаимоиндукции. В режиме холостого хода ротор АД вращается, преодолевая момент сил сопротивления в подшипниках и трение о воздух. На создание этого момента необходим ток в роторе. Следовательно, по обмотке ротора (аналог вторичной обмотки трансформатора) протекает ток I^АД₂₀., а в обмотке статора ток I^АД₁₀ В трансформаторе в режиме холостого хода ток во вторичной обмотке отсутствует I^ТР ₂₀= 0 , а в первичной обмотке I^ТР₁₀ . Уравнения магнитного состояния трансформатора и АД одинаковы : I₁₀ = I₁- ^יI ₂.→ : I₁=I₁₀ + ^יI ₂. Из уравнений следует, что в АД ток I^АД₁ статора больше тока в первичной обмотке трансформатора I^ТР₁.

2. В АД имеется воздушный зазор между ротором и статором, следовательно рассеяние магнитного потока больше чем трансформаторе, а значит и энергетические потери больше. Это требует увеличения тока статора.

Вопрос 7. Чему равно скольжение в номинальном, критическом, пусковом режимах и при холостом ходе?

Ответ 7:

a) При пуске n₂=0 s=(n₁-n₂)/n₁= 1

б) При идеальном холостом ходе n₂= n₁, s=(n₁-n₂)/n₁=0.

В) В номинальном режиме s_ном=ΔР_э2/Р_эм= (Р­_номэм -Р_номмех)/ Р­_номэм.

ΔР_э2 электрические потери в роторе, Р_эм- электромагнитная мощность

Р­_номэм = 2π· n₁ · М_ном , Р_номмех - указывается в техническом паспорте двигателя.

Обычно s_ном =1,5÷7%.

г) В критическом режиме , где r^,₂ = к·r_2, r₂ - активное сопротивление ротора, к – обмоточный коэффициент, r₁ – активное сопротивление статора, х_К= х₁+х^,₂ –

сумма индуктивных сопротивлений статора и приведенного индуктивного сопротивления ротора.

Вопрос 8. Показать на механической характеристике основные режимы работы асинхронного двигателя.

Ответ 8 . Механическая характеристика двигателя это зависимость числа оборотов ротора от момента на валу n₂=f(М_н). В установившемся (статическом) режиме электромагнитный момент на валу двигателя равен моменту сил нагрузки (моменту сил сопротивления) М_эм=М_н . На графике механической характеристики (рис.42) можно выделить характерные области:

1.М=0, М → Мпуск →пуск двигателя , разгон от n₂=0 до n₂= n₁ (1-S). Если нагрузка на валу М_Н=0, то n₂=n₁ →холостой ход.

2.Если 0<М< М _ном → область недогрузки,

3.М= М _ном→номинальный режим ,

4.М_кр>М> М _ном →область перегрузки,

5.М >М_кр → n₂→0, остановка двигателя.

Рис. 43

Асинхронный двигатель может работать в 3-ех режимах.

Рис. 44

Вопрос 9. Перечислить и объяснить основные способы регулирования частоты вращения асинхронного двигателя.

Ответ 9 : Частота вращения АД с кз ротором дается формулой:

n₂=60f(1-s)/p,

где f – напряжения питающей сети;

s – скольжение;

р – число пар полюсов статора.

Следовательно, частоту вращения асинхронного двигателя можно регулировать изменяя:

а) частоту f напряжения питающей сети. Для этого применяют полупроводниковые преобразователи;

б) изменяя число пар полюсов (ступенчатое регулирование).

в) скольжение можно изменять только в асинхронном двигателе с фазным ротором.

Вопрос 10: В чем особенности пускового режима асинхронного двигателя?

Ответ 10 : При прямом пуске АД ток потребляемой из сети в 5-8 раз превышает номинальный ток, при этом пусковой момент мал.. Поэтому применяют различные способы уменьшения пускового тока .

1) Уменьшают напряжения питающей сети используя переключение с треугольника на звезду, используя автотрансформаторы.

2) Используют роторы в виде 2-го беличьего колеса. В момент пуска при больших токах суммарное индуктивное сопротивление ротора зависит от скольжения. С увеличением скольжения оно увеличивается, при уменьшении уменьшается. Это позволяет создавать хороший пусковой момент и уменьшать пусковой ток.

Вопрос 11. Перечислить и сравнить различные способы пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Ответ 11: Пусковые свойства АД определяются следующими величинами:

Пусковым током, начальным пусковым вращающим моментом, плавностью и экономичностью пускового процесса, длительностью пуска.

Способы пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором:

1) Прямой- непосредственное подключение к сети. При этом пусковой ток I_П составляет 6-8 Iном, пусковой момент 1-2 М_ном. Метод применим для двигателей малой и средней мощности <200квт. Частые прямые включения мощного двигателя могут привести к колебаниям энергии в силовой сети, что опасно для нее.

2) Уменьшают напряжение питающей сети используя переключение с треугольника на звезду, Метод применим для двигателей малой и средней мощности <200квт. Уменьшение напряжения на обмотках происходит в раз, а пусковой ток в 3 раза.

**) Уменьшение напряжения на обмотках может уменьшать пусковой момент и он станет меньше требуемого т.е меньше момента нагрузки. Ротор просто не сможет вращаться.

3) используя регулируемые автотрансформаторы, при этом уменьшение напряжения в раз вызывает уменьшение пускового тока и пускового момента в 2 раза.

4. Включают в каждую фазу по дросселю (реактору). Дроссель ограничивает пусковой ток, но одновременно уменьшается пусковой момент.

5) Используют роторы в виде двойного беличьего колеса. В таком роторе суммарное индуктивное сопротивление 2-х беличьих колес зависит от скольжения. С увеличением скольжения оно увеличивается, при уменьшении уменьшается. Это позволяет создавать хороший пусковой момент и уменьшать пусковой ток.

Вопрос 12: Объяснить особенности рабочих характеристик асинхронного двигателя.

Ответ 12: Рабочие характеристик асинхронного двигателя это зависимости n, M, сosφ, I₁, P₁ , КПД – η от полезной мощности на валу Р₂. представлены на рис.45.

а) Зависимость η=f(P₂)

КПД двигателя η= P₂/ P₁= P₂/ ΔР+ P₂

P₁ – мощность, поступившая из сети в двигатель,

P₂ – полезная мощность на валу двигателя,

P₁= ΔР+ P₂

ΔР= мощность всех потерь в двигателе: электрических и магнитных потерь в статоре, электрических потерь в роторе и механических потерь ( трение в подшипниках , трение о воздух) .Потери в обмотках изменяются как I² . Т.о. по мере роста нагрузки ток двигателя растет, а потери растут быстрее. Поэтому в начале по мере роста нагрузки КПД растет быстро, а затем медленно и достигает максимума при 70-75% нагрузки. При дальнейшем увеличении нагрузки Р₂ потери значительно возрастают и КПД уменьшается.

б)Зависимость М=f(P₂)

По определению в статическом режиме Мэм=Мнагрузки поэтому М эм= P₂/ ω₂

где ω₂= ω_{1 ·}(1-S) угловая частота вращения ротора.

ω₁- угловая частота вращения магнитного поля , S-скольжение.

Поэтому зависимость М=f(P₂) линейная.

в)Зависимость сosφ=f(P₂)

В АД имеет место два энергетических процесса:

а) Необратимый расход активной энергии Р₁ и

б) Обратимый процесс периодического изменения запаса энергии магнитного поля, мерой которая является реактивная мощность Q₁,

Соотношение между активной мощностью и реактивной мощностью оценивается коэффициентом мощности двигателясosφ =Р₁/ S, где

Коэффициент мощности двигателя зависит от нагрузки на его валу. При холостом ходе, энергия расходуется только на покрытие небольших электрических и магнитных потерь в статоре и незначительных механических потерь в подшипниках., Это означает, что активная мощность мала, а реактивная велика, поэтому сosφ мал. Обычно сosφ_хх =0,08÷0,15. С увеличением нагрузки активная мощность Р₁ так же увеличивается , а реактивная Q₁ изменяется незначительно. При нагрузке Р₂ =Р₂ном сosφ достигает максимума сosφ_max =0,75÷0,95. ри дальнейшем увеличении нагрузки из за увеличения потоков рассевания Q₁ растет и сosφ уменьшается.

В виду массового применения АД в производстве, использование их с сosφ<0,45 нежелательно, такие двигатели надо заменить на более экономичные.

г)Зависимость n₂=f(P₂)

Скорость вращения и скольжение связаны зависимостью n₂=n₁(1-S).

В режиме холостого хода скольжение S~0 и скорость вращения ротора близка к скорости вращения магнитного поля: n₂~n₁. С увеличением нагрузки ток ротора возрастает и вызывает нагрев его обмотки. На этом участке электрические потери в роторе ΔР₂э пропорциональны скольжению:

ΔР_2Э=s·Р_2ЭМ

где Р_2ЭМ – электромагнитная мощность, предаваемая от статора к ротору.

При нагрузке Р₂ =Р_2ном скольжение так же номинальное s_ном, =1.5÷7%, при это этом n₂ = n_2ном незначительно отличается от n₁ . Можно говорить , что АД имеет жесткую характеристику. При увеличении нагрузки выше номинальной ( область перегрузки ) скорость n₂ начинает уменьшаться и при нагрузки выше критической Р₂> Р_2крит двигатель останавливается .

д)Зависимость S=f(P₂)

Зависимость скольжения S =f(P₂)имеет вид (рис. 46):

Рис. 46

В режиме холостого хода скольжение

S= 0. С увеличением нагрузки скольжение увеличивается. При нагрузке Р₂ =Р₂ном скольжение номинальное s_ном, =1.5÷7%. При дальнейшем увеличении нагрузки P₂

(область перегрузки) скольжение быстро возрастает и достигает критического значения S_кр. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к увеличению скольжения и неустойчивому режиму работы двигателя или к его остановке.

е)Зависимость I₁=f(P₂)

Между током статора I₁ итоком ротораI₂ существуеттрансформаторная связь

Ток статора согласно уравнению для МДЖС имеет вид: I₁=I₁₀-I₂

где I₁₀ ток холостого хода. I₁₀ не зависит от нагрузки ,

I₂-тока ротора . I₂ так же как и в трансформаторах зависит от нагрузки.

Поэтому зависимость I₁ увеличивается сувеличением P₂ .

В режиме холостого хода I₁=I₁₀. и составляет от 20 до 75% от номинального тока статора I₁ном.

В момент пуска ток ротора I₂ = I_2пуск =(6÷8)I₁ном.

Вопрос 13: Где используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором?

Ответ 13:

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором используются в электроприводе (с регулированием скорости оборотов), транспортерах, в подъемных механизмах, вентиляторных установках, компрессорах, нагнетающих ( жидкостных) насосах, различных мешалках( бетон, тесто), шаровые мельницы, дробильные установки, пилорамы, привод станков.

Контрольные вопросы для тестирования

1. Что называют машиной переменного тока ?

2. Перечислите режимы работы машин переменного тока.

3. По каким показателям можно определить режим работы асинхронной машины ?

4. Что называют электромагнитным моментом? Единицы измерения.

5. Как направлен вектор магнитной индукции катушки с током? Привести рисунок.

6. Каким образом электрическая энергия потребляемая АД из сети преобразуется в механическую энергию вращения ротора?

7. Что называют числом пар полюсов машины ?

8. Принцип действия однофазных АД ( с пусковой обмоткой

9. Принцип действия однофазных ( 2-х обмоточных ) АД с фазосдвигающим конденсатором. ?

Тема № 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Цели работы: 1) ознакомиться с устройством и принципом действия, пуском в ход и способами регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока параллельного возбуждения;

2) изучить основные характеристики двигателя и методику их снятия.

Рис. 47

Работа выполняется на универсальном стенде (рис.47). В качестве нагрузки двигателя постоянного тока М1 используется трехфазный асинхронный двигатель М2, работающий в режиме динамического тормоза. Чтобы асинхронный двигатель функционировал как тормоз, его статорная обмотка питается постоянным током от мостового выпрямителя, включенного во вторичную цепь автотрансформатора Т. Вращая движок автотрансформатора, устанавливают ток тормоза и, тем самым, задают необходимый тормозной момент на валу двигателя. Для измерения тока тормоза используется амперметр РА1. Автотрансформатор включается в сеть переменного тока выключателем Q1.

В цепь якоря исследуемого двигателя М1 включен пусковой реостат , в цепь обмотки возбуждения - регулировочный реостат и амперметр РА3, измеряющий ток возбуждения. Двигатель включается в сеть постоянного тока выключателем Q₂. Напряжение сети U измеряется вольтметром PV, а ток двигателя - амперметром РА4.

Электрическая цепь стенда представлена на рис. 46. Частота вращения двигателя измеряется тахометром, не показанном на схеме. Шкала данного прибора отградуирована в об/мин (с коэффициентом 2/3).

Контрольные вопросы

Вопрос 1. Объяснить устройство и принцип действия двигателя параллельного возбуждения.

Ответ1: Двигатель постоянного тока служит для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую энергию. Двигатель параллельного возбуждения, состоит из двух основных частей: неподвижной - статора и вращающейся – ротора. Конструкция и электрическая схема соединения представлена на рис.48 и рис.49 соответственно.

Рис. 48

Статор представляет собой стальной корпус – станину, на внутренней цилиндрической поверхности которого укреплены сердечники полюсов с полюсными наконечниками. На сердечники надеты катушки, составляющие обмотку возбуждения, подключенную к источнику постоянного тока. Обмотка возбуждения расположена на главных (основных) полюсах и создает основной магнитный поток двигателя. Кроме главных полюсов на станине могут быть дополнительные полюса, предназначенные для улучшения коммутации.

Ротор состоит из якоря и коллектора, которые крепятся на одном валу и в механическом отношении составляют одно целое. Якорь представляет собой цилиндрический сердечник, собранный из листов электротехнической стали для снижения магнитных потерь. В его пазах уложена обмотка, выполненная из отдельных секций соединенных между собой и с коллекторными пластинами.

Коллектор представляет собой цилиндр, составленный из отдельных медных пластин, изолированных друг от друга и от вала якоря. На коллектор накладываются неподвижные графитовые (медно-графитовые) щетки, посредством которых осуществляется соединение обмотки якоря с источником постоянного тока. Коллектор и щетки предназначены для изменения направления тока в проводниках обмотки якоря при их переходе из зоны магнитного полюса одной полярности (например, северного полюса) в зону полюса другой полярности – (южного полюса). Благодаря этому сохраняется неизменным направление вращения якоря.

При подключении двигателя к источнику постоянного тока в обмотках возбуждения и якоря появляются токи ( и ) В результате взаимодействия тока якоря с магнитным потоком, создаваемым обмоткой возбуждения, возникает сила Ампера и, соответственно, электромагнитный момент вращения:

,

где - коэффициент, зависящий от конструктивных параметров двигателя; - ток якоря; - магнитный поток машины.

Полезный вращающий момент на валу двигателя М меньше электромагнитного момента на величину потерь холостого хода , обусловленного механическими и магнитными потерями.

.

В установившемся режиме момент вращения равен тормозному моменту

.

При вращении якоря его проводники пересекают магнитное поле и в них наводится ЭДС , где - частота вращения якоря; - величина постоянная для данной машины.

Так как ЭДС направлена против тока якоря, то ее называют противо-ЭДС.

Вопрос 1. Как классифицируются двигатели постоянного тока по способу возбуждения?

Ответ2: Существуют четыре способа возбуждения основного магнитного потока машины:

1.независимого возбуждения,

2. последовательного (с цепью ротора)

3. параллельного (с цепью ротора)

4. смешанного возбуждения

Основные схемы возбуждения представлены на рис.50:

Ток обмотки возбуждения в случае независимого или параллельного возбуждения обычно составляет 1-5% от тока якоря. В случае последовательного возбуждения ток якоря равен току возбуждения.

Вопрос 3. Как возникает электромагнитный момент двигателя?

Ответ 3: Электромагнитный момент двигателя М =2·F·h ,

где F-сила Ампера , h плечо силы. h= D/2. D -диаметр якорной обмотки.

При подключении к двигателю напряжения в цепи якоря и катушке возбуждения возникают токи I_Я и I_В. Ток возбуждения I_В создает магнитное поле статора. В результате взаимодействия тока якоря I_Я с магнитным потоком Ф, создаваемым обмоткой возбуждения, возникает сила Ампера F~I_Я·Ф. Электромагнитный момент вращения:

где - коэффициент, зависящий от конструктивных параметров двигателя; - ток якоря; - магнитный поток машины.

Полезный вращающий момент на валу двигателя М меньше электромагнитного момента на величину потерь холостого хода , обусловленного механическими и магнитными потерями.

.

В установившемся режиме момент вращения равен тормозному моменту

.

Вопрос 4. Что такое реакция якоря и коммутация машины постоянного тока?

Ответ 4.1: 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 симметрия магнитного поля машины нарушается. Происходит усиление магнитного потока под сбегающим краем полюса генератора и ослабление – под набегающим (якорь генератора вращается по часовой стрелке).

Воображаемая линия, проходящая строго посередине между полюсами и лежащая в плоскости, разделяющей магнитную систему машины на две симметричные части называется геометрической нейтралью. Аналогичная линия, проходящая через диаметрально противоположные точки окружности якоря, в которых магнитная индукция равна нулю, называется физической нейтралью.

В ненагруженной машине физическая нейтраль совпадает с геометрической. В нагруженном генераторе физическая нейтраль mm поворачивается относительно геометрической нейтрали nn на угол φ в сторону вращения якоря.

В двигателе, при тех же направлениях токов в обмотках якоря и возбуждения ротор двигателя будет вращаться в другую сторону (против часовой стрелки). Правый край северного полюса и левый край южного полюса станут набегающими. Следовательно, в нагруженном двигателе магнитный поток усиливается под набегающим краем полюса и ослабляется под сбегающим краем, а физическая нейтраль поворачивается на угол φ против вращения якоря.

Ответ 4.2: Каждая секция обмотки якоря при его вращении находится поочередно то в одной, то в другой параллельной ветви. Совокупность всех явлений, имеющих место при переключении секций из одной ветви обмотки в другую называется коммутацией, а время в течении которого происходит этот процесс называется периодом коммутации. При прямолинейной коммутации плотность тока в щеточном контакте постоянна, что обеспечивает оптимальные условия работы коллектора. Однако влияние ЭДС самоиндукции и ЭДС, индуцируемой в короткозамкнутой секции магнитным потоком якоря, приводит к криволинейной коммутации, при которой в течении некоторой части периода плотность тока под щетками резко возрастает, что вызывает повышенное искрение под щетками и разрушает коллектор.

Для получения прямолинейной коммутации необходимо скомпенсировать магнитные поля, в которых находится короткозамкнутая секция обмотки якоря. Для этого щетки размещают на геометрической нейтрали, а между главными полюсами машины устанавливают дополнительные полюсы, обмотки которых включают последовательно с обмоткой якоря. Магнитный поток дополнительных полюсов пропорционален току нагрузки и компенсация достигается при всех режимах работы машины.

Помимо электрических причин на коммутацию влияют механические дефекты и значения сопротивления щеток. Наиболее приемлемыми являются металло-графитовые щетки. Несмотря на все предупредительные меры, полностью устранить искрение под щетками не удается. Особенно опасен для машины «круговой огонь» по коллектору. Увеличение искрения под щетками приводит к подгоранию коллектора и в результате возникает дуговой разряд, обмотка машины замыкается накоротко, а ток в обмотке якоря становится недопустимо большим.

Вопрос 5. Объясните процесс пуска двигателя в ход.

Ответ 5. В момент включения двигателя в сеть, когда он еще не вращается (n=0) противо- э.д.с. еще нет (Е=с·n·Ф) и следовательно ток якоря определяется только приложенным напряжением U к якорю :

Iя =U/Rя

Iя- пусковой ток якоря. Т.к сопротивление Rя обмотки якоря мало, то пусковой ток Iя может быть очень большим и представляет опасность для двигателя и коллектора. Для ограничения пускового тока последовательно с якорной цепью включают пусковой реостат Rп (рис7.15). Сопротивление пускового реостата Rп выбирают таким, чтобы пусковой ток не превышал номинальный более чем в 1,2-2 раза.

Iя =U/(Rя+ Rп)

Начальный пусковой момент двигателя при этом так же будет превышать номинальный момент в 1,2-2 раза. По мере разгона двигателя вследствие нарастания противо-ЭДС ток якоря будет уменьшаться:

.

Вопрос 6. Какими способами можно регулировать частоту вращения двигателя параллельного возбуждения и каковы преимущества и недостатки каждого из них?

Ответ 6: Частота вращения двигателя параллельного возбуждения определяется по выражению:

,

из которого видно, что регулировать частоту вращения ротора можно тремя способами:

а) изменяя подводимое напряжение U,

б) изменяя сопротивление в цепи якоря (Rя + Rр)

в) изменяя величину магнитного потока полюсов.

Графики зависимости частоты вращения n от указанных параметров приведены на рис.51, 52, 53 соответственно.

Вопрос 7 .Объясните процесс саморегулирования двигателя.

Ответ 7 .Саморегулированием двигателя называется способность реагировать на изменение нагрузки на валу так, чтобы нарушенное равенство моментов вновь восстановилось.

При работе двигателя в установившемся режиме момент вращения равен тормозному моменту: М=Мт.

Если нагрузка на валу увеличится (т.е. увеличился Мт), скорость вращения несколько уменьшится. Это приведет к уменьшению противо-ЭДС и соответственно к увеличению тока якоря. Увеличение тока якоря увеличивает вращательный момент М. Это будет происходить до тех пор пока моменты тяги и сопротивления вновь не сравняются. В случае уменьшения нагрузки на валу( т.е. уменьшился Мт), процесс будет происходить в обратном порядке. Уменьшение нагрузки на валу ведет к увеличению скорости вращения, что ведет к увеличению противо-ЭДС и уменьшению тока якоря, что в свою очередь приводит к уменьшению момента тяги М. Это будет происходить до тех пор, пока моменты тяги и сопротивления вновь не сравняются.

Вопрос 8 . Как производится реверсирование двигателя?

***)Реверс- изменение направления вращения

Ответ 8 Для изменения направления вращения двигателя необходимо изменить направление тока в обмотке якоря или в обмотке возбуждения путем переключения концов обмоток. Одновременное изменение полярностей не изменяет направление вращения.

***) Нельзя разрывать цепь обмотки возбуждения работающего двигателя это может привести (при малых нагрузках) к большим оборотам, а при больших нагрузках к большому току якоря из-за уменьшения противо-ЭДС . Оба обстоятельства могут привести к аварии.

Вопрос 9 Объясните характеристики двигателя: характеристику холостого хода , рабочие характеристики , , , , механическую и регулировочную .

Ответ 9.1 Характеристика холостого хода представляет собой зависимость скорости вращения от тока возбуждения при постоянном номинальном напряжении и холостом ходе двигателя (Мн=0).

При холостом ходе когда падение напряжения в якоре Rя· Iя мало можно считать, что скорость вращения n=1/Ф . Магнитный поток в зависимости от тока возбуждения изменяется по кривой намагничивания (близкой к параболе), то скорость вращения nбудет изменятся по кривой близкой к гиперболе (рис.54).

Ответ 9.2 Рабочая характеристика -это зависимость скорости вращения n от полезной мощности на валу двигателя Р₂ при постоянном номинальном напряжении и постоянном токе возбуждения.

Частота вращения двигателя параллельного возбуждения определяется по выражению

При постоянном номинальном напряжении и постоянном токе возбуждения увеличение нагрузки на валу Р₂ приводит ( в силу процесса саморегулирования) к увеличению тока якоря и скорость должна уменьшиться, однако из-за реакции якоря магнитный поток уменьшается . Второе обстоятельство приводит к возрастанию скорости. Поэтому обычно скорость вращения двигателя от нагрузки незначительно уменьшается (рис.55).

Ответ 9.3 Рабочая характеристика это зависимость тока двигателя Iд от полезной мощности на валу двигателя Р₂ при постоянном номинальном напряжении и постоянном токе возбуждения.

Ток якоря двигателя , где - ток двигателя, - ток возбуждения двигателя.

С увеличением нагрузки ток якоря растет, растет и ток двигателя . Мощность на валу Р₂ пропорциональна моменту М , а она в свою очередь пропорциональна току якоря I_Я . Поэтому зависимость I_д от Р₂ должна быть близкой к линейной (рис.56).

Ответ 9.4 Рабочая характеристика это зависимость вращающего момента М от полезной мощности на валу двигателя Р₂ при постоянном номинальном напряжении и постоянном токе возбуждения.

Вращающий момент М связан с полезной мощности на валу двигателя Р₂ линейным соотношением М=ωР₂=2π/(60·n·Р₂). Поэтому зависимость должна быть линейной. Однако т.к. с увеличением нагрузки скорость вращения немного уменьшается , то для получения той же мощности на валу момент должен быть больше. Поэтому кривая с увеличением нагрузки немного отклониться от линейной вверх ( рис. 57)

Ответ 9.5 Рабочая характеристика это зависимость скорости вращения от вращающего момента М при постоянном номинальном напряжении и постоянном токе возбуждения. Ее называют механической характеристикой двигателя.

Скорость вращения и электромагнитный момент двигателя связаны уравнением механической характеристики: , поэтому зависимость линейная (рис.58):

***)Эту характеристику называют естественной. Если последовательно с якорной обмоткой включен регулировочный реостат c сопротивлением Rр, то мы получим искусственную механическую характеристику.

Если нагрузки на валу нет то М=0, при этом . Это скорость вращения двигателя в режиме холостого хода.

Изменение скорости вращения двигателя при увеличении нагрузки М от 0 до М_ном обычно составляет 3÷8%. Поэтому естественную механическую характеристику можно считать жесткой.

Ответ 9.6: Регулировочная характеристика - это зависимость тока возбуждения от тока якоря при постоянном номинальном напряжении и постоянной скорости вращения .

Регулировочная характеристика показывает, как надо изменять ток возбуждения, для того что бы при изменении нагрузки (т.е. при изменении тока якоря I_Я) скорость вращения nоставалась постоянной.

С увеличением нагрузки, ток якоря увеличивается, скорость вращения падает. Для увеличения скорости необходимо увеличить тяговый момент. Момент пропорционален магнитному потоку и току якоря. М=с_М·Ф·I_я . Увеличивая ток возбуждения I_В мы увеличиваем магнитный поток Ф, а следовательно и тяговый момент, скорость ращения возрастает (рис. 59).

Рис. 59

Ответ 9.7 зависимость КПД двигателя от мощности нагрузки на валу при постоянном номинальном напряжении и постоянной скорости вращения .

КПД двигателя η=Р₂/Р₁

где Р₁ =U·Iд электрическая мощность потребляемая двигателем из сети, Р₂ – мощность на валу (полезная мощность).

,

где - суммарная мощность потерь; сумма потерь на возбуждение, магнитных и механических потерь, которые для двигателя параллельного возбуждения принимается постоянной и определяется из опыта холостого хода. КПД удобно записать в виде:

ΔР_В=U·I_В мощность потерь в цепи обмоток возбуждения,

ΔР_Я=R_Я· I²_Я-мощность потерь в цепи якоря.

При малых нагрузках с увеличением нагрузки числитель растет быстрее знаменателя и КПД растет линейно, но по мере увеличения тока якоря, потери в цепи якоря растут квадратично току якоря ΔР_Я=R_Я· I²_Я . Это приводит к замедлению роста КПД (рис.60):

Вопрос 10. Сделать оценку двигателя, укажите преимущества и недостатки двигателя параллельного возбуждения.

Ответ 10.

Достоинства двигателя параллельного возбуждения.

1. Не нужно дополнительного источника питания для цепи возбуждения.

2. Самозапуск . Ток возбуждения в момент запуска двигателя появляется благодаря остаточной намагниченности статора.

Недостатки

1. Сравнительно узкий диапазон регулирования скорости вращения (1÷2).

2. Сравнительно малый пусковой момент по сравнению с двигателем независимого возбуждения.

3. Зависимость тока якоря от тока возбуждения.

Библиографический список

1. Касаткин А.С., Немцов С.В. Электротехника. М.: Высш. шк., 2000. С. 377-395, 404-410,522-524.

2. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. М.: Высш.шк., 2000. С. 239-260, 269-277.

3. Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника. М.: Высш.шк., 1984. С. 300-321.

4. Волынский Б.А., Зейн Е.И., Шатерников В.Е. Электротехника. М.: Энергоатомиздат, 1987. С. 332-351, 359-381.

5. Общая электротехника /Под ред. А.Т.Блажкина. М.: Энергоатомиздат, 1986. С. 364-384, 389-393, 395-399, 401-403.

6. Электротехника /Под ред. В.Г.Герасимова, М.: Высш.школа, 1985. С. 358-368, 373-380,384-385.

7. Борисов Ю.М., Липатов Д.Н., Зорин Ю.Н. Электротехника. М.: Энергоатомиздат, 1985. С.342-355, 367-387.

8. Рекус Г.Г., Чесноков В.Н. Лабораторные работы по электротехнике и основам электроники. М.: Высш. шк., 1989. С. 172-184.

СОДЕРЖАНИЕ
Тема №1: ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАЗВЕТЛЕННОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ
Тема №2: ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ФАЗ НАГРУЗКИ «ЗВЕЗДОЙ»
Тема №3. ИССЛЕДОВАНИЕ КАТУШКИ СО СТАЛЬНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ
Тема № 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Тема №5. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ.
Тема №6. ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ
Библиографический список