Фдол пол

Этот способ улучшения коммутации может быть применен при постоянной нагрузке или у машин небольшой мощности.

В современных машинах для улучшения коммутации применяют дополнительные полюса. Их делают меньшего сечения и располагают между главными полюсами (рис. 48). Обмотки дополнительных полюсов включают последовательно с обмоткой якоря, и через них проходит весь ток нагрузки.

Основное назначение дополнительных полюсов - компенсировать магнитное поле якоря. Магнитный поток дополнительных полюсов направлен навстречу магнитному потоку якоря, а так как оба они пропорциональны току нагрузки, то получается автоматическая компенсация магнитного поля якоря при любой нагрузке. Для этого дополнительные

полюса выполняются Рис. 48. Схема включения дополни-такого сечения, чтобы тельных полюсов,

сталь полюсов не была

насыщена, т. е. чтобы магнитный поток был пропорционален току нагрузки.

Но число витков обмотки дополнительных полюсов рассчитывают так, чтобы магнитный поток, создаваемый ими, был на 15-30% больше магнитного потока якоря, как раз на такую величину Фк, чтобы индуктировать в короткозамкнутой секции коммутирующую э. д. с. ек, равную по величине реактивной э. д. с. ер и противоположную ей по направлению. А так как величины э. д. с. ек и ер пропорциональны току якоря, то достигается автоматичность действия дополнительных полюсов.

Необходимо отметить, что для хорошей коммутации нужно, чтобы коллектор был цилиндрическим и гладким, щетки хорошо притерты к коллектору и легко передвигались в обоймах щеткодержателей, пружины щеткодержателей были нормально натянуты, щетки стояли на физической нейтрали, а электрическая машина не была перегружена.

При наличии дополнительных полюсов щетки с геометрической нейтрали не сдвигают.

Порядок чередования полярности главных и дополнительных полюсов по направлению вращения якоря следующий:

у генератора ТУ - s - S - п; у двигателя N - п - S - s

Рис. 49. Станина машины постоянного тока с компенсационной обмоткой.

(заглавными буквами обозначены главные полюса, прописными - дополнительные полюса).

В машинах большой мощности для компенсации магнитного поля якоря применяют компенсационную о б м о т к у. Ее укладывают в пазы наконечников полюсов и включают последовательно с обмоткой якоря так, чтобы магнитный поток компенсационной обмотки был направлен против магнитного потока якоря (рис. 49). Так как оба магнитных потока пропорциональны току

нагрузки, то обеспечивается автоматичность компенсации при любой нагрузке. Компенсационная обмотка усложняет конструкцию машины и удорожает ее.

Вопросы для самопроверки

1. Что происходит в короткозамкнутой секции за период коммутации?

2. Какую коммутацию называют прямолинейной?

3. Каковы условия получения прямолинейной коммутации?

4. В каких случаях получается криволинейная коммутация?

5. Как можно улучшить коммутацию сдвигом щеток с физической нейтрали

6. Для чего предназначены дополнительные полюса и как включены их обмотки?

Глава VI

ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

§ 1. Системы возбуждения генераторов

Для создания магнитного потока в полюсах машины обмотка возбуждения полюсов должна питаться постоянным током.

Если обмотку возбуждения питать от постороннего источника тока (аккумулятора, батареи или другой машины постоянного тока), то получится генератор с независимым возбуждением. Такие машины в сельском хозяйстве распространения не нашли, так как обмотку возбуждения проще питать от якоря того же генератора. Если обмотка возбуждения питается током от своего якоря, то такие машины называют генераторами с самовозбуждением.

Генераторы с самовозбуждением в зависимости от способа соединения обмоток возбуждения с якорем называют генераторами с параллельным, последовательным и со смешанным возбуждением.

Мощность, затрачиваемая на возбуждение, не превышает 1-3% мощности генератора.

2. Номинальные величины электрических машин

Каждая электрическая машина характеризуется номинальными величинами, которые указываются на ее заводском щитке. Основные номинальные величины машин постоянного тока следующие:

а) номинальная мощность генератора Рн (кет) - это мощность на его зажимах, которую он может отдать потребителям; под номинальной мощностью двигателя Ра (кет) понимают полезную механическую мощность, которую он развивает на валу;

б) номинальное напряжение UH указывается на заводском щитке электрической машины и соответствует номинальному режиму ее работы;

в) номинальная сила тока /н определяется по номинальной мощности и номинальному напряжению и указывается на заводском щитке;

г) номинальное число оборотов пн.

§ 3. Генератор независимого возбуждения и его характеристики

У генератора независимого возбуждения обмотка возбуждения В питается от постороннего источника тока (А - аккумулятор) (рис. 50, а). Ток возбуждения iB, проходя по обмотке возбуждения, создает в полюсах магнитный поток Ф, пронизывающий обмотку якоря. При вращении якоря первичным двигателем со скоростью п об/мин в обмотке якоря индуктируется э. д. с. Ея, величина которой, согласно формуле (18), зависит от магнитного потока и числа оборотов якоря в минуту

Если к зажимам генератора подключить нагрузку, то в цепях якоря и нагрузки потечет ток нагрузки 7НГ.

Первичный двигатель создает на валу генератора вращающий момент Мвр. При холостом ходе вращающий момент называют моментом холостого хода М0, он затрачивается на преодоление механических потерь в машине (трение щеток о коллектор, трение в подшипниках, трение якоря о воздух, вентиляционные потери) и на покрытие потерь в стали машины на гистерезис и вихревые токи.

При номинальной нагрузке в проводниках обмотки якоря проходит ток гя = . В результате взаимодействия этого тока с магнитным потоком полюсов на каждый

проводник обмотки якоря действует электромагнитная сила

где jf?cp - среднее значение магнитной ипдукции в воздушном зазоре (тл); I - длина якоря (м);

ia - ток в одной параллельной ветви обмотки якоря (а); эм - сила (и). Определим направление этой силы FBU, если якорь вращается по направлению часовой стрелки (рис. 50, б). Согласно правилу правой руки, ток в проводнике обмотки якоря идет от нас, а согласно правилу левой руки силаэм, приложенная к проводнику, направлена влево. Все эти силы, приложенные к проводникам обмотки, создают электромагнитный момент Мш, направленный против

а

Рис. 50. Генератор независимого возбуждения:

а - схема; б - к понятию об электромагнитном моменте генератора.

(33)

вращающего момента двигателя Мвр. Величину электромагнитного момента можно определить из выражения

MSM Fm ~2 == -ср Ия >

где N - количество проводников обмотки якоря; D - диаметр якоря (м).

Так как 1Я= ~ ,

а nD - 2p%, или D =~ 1 я

и Ф = Всх>1х,

то, подставив эти выражения в формулу момента, получим

Мш = вУ- gtf = £<WH(H*), (34)

или

Мэи = СиФ1я(нм), (35)

где См = = const - постоянная величина;

Ф - магнитный поток (вб); 1Н - номинальный ток генератора (а). Таким образом, при постоянной скорости вращения (n - const) вращающий момент первичного двигателя уравновешивается моментом холостого хода М0 и электромагнитным моментом Мш:

Мвр = М0 + Мэм. (36)

Это выражение называют уравнением моментов для генератора при постоянном числе оборотов его якоря (п = const).

Свойства генераторов или двигателей часто выражают графическим путем. Графическое выражение зависимостей между различными величинами электрических машин называют характеристиками.

Характеристики электрических машин могут быть получены опытным путем в лаборатории или путем расчетов.

Характеристика холостого хода. Характеристикой холостого хода называют зависимость напряжения на зажимах генератора от тока возбуждения при постоянных оборотах и токе нагрузки, равном нулю.

Математически это выражение можно записать так U = f(iB) при /нг=0 и п - const.

Схема для снятия некоторых характеристик генератора приведена на рисунке 51.

Для регулирования величины э. д. с. генератора в цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат i?p. Рубильник цепи нагрузки Р отключен. Для измерения тока возбуждения iB в цепь возбуждения включен амперметр, а для измерения напряжения на зажимы генератора включен вольтметр. Амперметр, включенный в цепь нагрузки, при снятии характеристики холостого хода не нужен, так как ток нагрузки равен нулю, но он необходим при снятии других характеристик.

Допустим, что исследуемая нами машина возбуждается впервые. Тогда при разомкнутой цепи возбуждения, т. е. при отключенном аккумуляторе, ток в цепи

возбуждения будет равен нулю и э.д.с. на зажимах генератора будет равна нулю. Подсоединим аккумулятор к обмотке возбуждения, предварительно введя сопротивление регулировочного реостата полностью. В обмотке возбуждения потечет ток, а вольтметр покажет некоторое значение э. д. с. При увеличении тока возбуждения э. д. с. на зажимах генератора будет увеличиваться, сначала прямо пропорционально, а затем по мере насыщения стали машины это увеличение будет все меньшим (52, а).

Уменьшим ток возбуждения и запишем показания амперметра и вольтметра. При уменьшении тока возбуждения напряжение на зажимах генератора снизится.

При уменьшении тока возбуждения до нуля э. д. с. генератора не будет равна нулю, так как в полюсах есть

Рис. 51. Схема генератора независимого возбуждения для снятия характеристик холостого хода, внешней и регулировочной.

поток остаточного магнетизма. Величина э. д. с. от остаточного магнетизма составляет 1-3% номинального напряжения машины.

Точка N, соответствующая номинальному значению напряжения генератора, лежит на перегибе кривой характеристики холостого хода. Если бы точка N лежала на восходящей части кривой ON, то напряжение машины было бы неустойчивым (незначительное изменение тока возбуждения приводило бы к значительному изменению напряжения), а если бы точка N лежала на пологой части кривой, в зоне насыщения, то ограничивались бы возможности регулирования напряжения (для незначительного изменения напряжения нужно было бы значительно

изменять ток возбуждения).

Характеристика холостого хода дает представление о степени насыщения стали машины. По этой характери-0 м о а с тике можно опреде-

а б лить, на какое номи-

нальное напряжение Рис. 52. Характеристики генератора: изготовлена машина,

а - холостого хода; б - регулировочная. еСЛИ на Ней Отсутствует

заводской щиток с номинальными данными. Для этого определяют величину MN и получают значение э. д. е., которое приближенно равно номинальному напряжению машины.

Внешняя характеристика. Внешней характеристикой называют зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки при постоянных оборотах и постоянном сопротивлении цепи возбуждения

U = f(IRT) при п = const и RB - const.

При независимом возбуждении ток возбуждения будет постоянным по величине is = const.

Внешнюю характеристику можно снимать на понижение и на повышение напряжения.

При снятии внешней характеристики на понижение напряжения при холретом ходе устанавливают на зажимах генератора номинальное напряжение и, не трогая регулировочного реостата, нагружают генера-

тор до номинального значения тока, записывая показания амперметра в цепи нагрузки и вольтметра, включенного на зажимы генератора (рис. 51). Амперметр в цепи возбуждения не нужен.

Вследствие падения напряжения в цепи якоря IaRa и реакции якоря напряжение на зажимах генератора умень-

Рис 53. Внешние характеристики:

а - на понижение напряжения; б - на повышение напряжения, в,- векторная диаграмма.

шается (рис. 53, а). Изменение напряжения AU определяют в процентах от номинального значения

Atf% = V.100, <37>

и н

где Ас7% составляет 5-15% UH. Если бы продолжать нагружать генератор далее и затем замкнуть его зажимы накоротко, чего делать нельзя, то можно было бы получить продолжение внешней характеристики. В точке пересечения кривой с осью абсцисс получилось бы значение тока короткого замыкания /к.. Ток короткого замыкания раз в 20 больше номинального тока. Обмотку якоря защищают от токов короткого замыкания путем установки в цепи нагрузки предохранителей.

Для схемы возбуждения, изображенной на рисунке 50, ток нагрузки Iw равен току якоря 1Я. Так как обмотка якоря обладает омическим сопротивлением Ra, то ток якоря 1Я наводит в ней э. д. с. активного сопротивления Еа, численно равную произведению IaRa, т. е.

Исходя из этих соображений, можно написать уравнение э. д. с. генератора

и = Е-Ел,

где U - напряжение на зажимах генератора (в);

Е - э. д. с, индуктируемая в обмотке якоря генератора (в);

Еа - э. д. с. активного сопротивления, создаваемая током якоря на активном сопротивлении обмотки якоря.

Так как эта э. д. с. направлена против тока якоря, а ток якоря в генераторе совпадает с э. д. с. якоря Е, то перед Еа ставится знак минус.

Если пренебречь влиянием реакции якоря, то уравнение э. д. с. генератора можно сформулировать так: напряжение на зажимах генератора равно сумме э. д. с, индуктируемых в генераторе (рис. 53, в).

Так как численно Е& равна произведению IaRa, то в формулу уравнения э. д. с. генератора подставим значение Ea U = E - IRRR (в). (38)

При снятии внешней характеристики на повышение напряжения устанавливают номинальное напряжение на зажимах генератора при номинальном токе нагрузки и затем, не изменяя оборотов и сопротивления регулировочного реостата, уменьшают ток нагрузки до нуля, записывая показания приборов. Вследствие того что с уменьшением тока нагрузки падение напряжения в цепи якоря и реакция якоря уменьшаются, соответственно возрастает и напряжение на зажимах генератора до значения U0 (рис. 53, б).

Тогда AU% определяют отношением

лг/у0=У°~ГгУя юо. (39)

Регулировочная характеристика. Зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при постоянных оборотах и постоянном напряжении на зажимах генератора называют регулировочной характеристикой

ib = / (/нг) при п = const и U = const.

Можно сказать, что регулировочная характеристика показывает, как нужно изменять ток возбуждения, чтобы