Автоматическая система регулирования. Напряжение генератора
Оглавление
- Введение
-
Общие сведения об
электрических двигателях
- Устройство электрических двигателей
- Универсальные коллекторные двигатели
- Двигатели переменного тока
- Однофазные асинхронные двигатели
- Синхронные двигатели переменного тока
- Электрический привод
- Разомкнутые схемы управления электропривода
- Схемы замкнутых структур электрического привода
- Типовые схемы управления электродвигателями переменного тока
- Частотное регулирование эффективно применяется на предприятиях энергетики, промышленности и коммунального хозяйства.
- Типовые схемы управления электрическими двигателями постоянного тока
- Двигатели постоянного тока
ВВЕДЕНИЕ
Электрические машины широко применяют на электрических станциях, в промышленности, на транспорте, в авиации, в системах автоматического управления и регулирования, в быту. Они преобразуют механическую энергию в электрическую (генераторы) и, наоборот, электрическую энергию в механическую.
Любая электрическая машина может использоваться как генератор, так и двигатель. Это её свойство называется обратимостью. Она может быть также использована для преобразования одного рода тока в другой (частоты, числа фаз переменного тока, напряжения) в энергию другого вида тока. Такие машины называются преобразователями.
Электрические машины в зависимости
от рода тока электрической установки,
в которой они должны работать,
делятся на машины постоянного тока
и машины переменного тока. Машины
переменного тока могут быть как
однофазными, так и многофазными.
Наиболее широкое применение получили
асинхронные двигатели и
Принцип действия электрических машин основан на использовании законов электромагнитной индукции и электромагнитных сил.
Электрические двигатели, используемые
в промышленности, быту выпускают
сериями, которые представляют собой
ряд электрических машин
Общие сведения об электрических двигателях
Классификация электрических двигателей
Электрический двигатель ---
машина, предназначенная для
Электрические двигатели классифицируют:
1)По принципу действия электрические двигатели различают:
А)Переменного тока (асинхронные, синхронные)
Б)Постоянного тока (с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением).
2)По форме исполнения электрические двигатели делят на 9 групп. Наиболее распространенны следующие типы:
На лапах с подшипниковыми щитами, горизонтальным валом (рис.1)
Рис.1
На лапах с подшипниковыми щитами, фланцем на подшипниковом щите, вертикальным валом (рис.2)
Рис.2
Без лап с подшипниковыми щитами, фланцем на одном подшипниковом щите (рис.3)
Рис.3
По степени защиты от соприкосновения с токоведущими частями и попадания во внутрь посторонних тел, пыли, влаги выполняют различные модификации:
- Открытые электрические
машины выполнены без
- Закрытые электрические
машины снабжены специальными
приспособлениями при помощи, которых
корпус машины отделяется от
окружающей среды, но не
- Защищенная электрическая
машина снабжена специальными
приспособлениями для
- Каплезащищенная электрическая
машина снабжена
- Брызгозащищенные электрические машины снабжены приспособлениями для предохранения от попадания внутрь её брызг, падающих под углом до 45 градусов к вертикали с любой стороны.
- Водозащищённые электрические
двигатели выполнены таким
- Взрывобезопасная машина
выполнена таким образом, что
она может противостоять
- Герметическая электрическая
машина выполнена таким
3)По способу охлаждения электрические машины классифицируют:
- Естественно охлаждаемая электрическая машина не имеет приспособлений для усиления охлаждения. Этот тип охлаждения обычно применяется в машинах открытого типа.
- Вентилируемая машина
снабжена специальными
- Электрическая
машина с самовентиляцией
- Электрическая машина
с независимой вентиляцией
- Электрическая машина
с проточной вентиляцией
- Продуваемая электрическая
машина снабжена
- Обдуваемая электрическая
машина снабжена для
4)По номинальным режимам работы выделяют три основных режима работы.
- Продолжительный режим
– электрический двигатель
- Кратковременный режим
--- периоды неизменной
- Повторно-кратковременный
режим --- кратковременные периоды
t,p неизменной номинальной
Повторно-кратковременный
режим характеризуется
где t,p -- время работы при номинальной нагрузке
t,n -- время отключения
Предусмотрены
следующие
номинальные повторно-
Устройство электрических двигателей
Электрические машины постоянного
тока, как и какие-либо другие
электрические машины – это электромеханические
преобразователи энергии. Машины
постоянного тока способны работать
и как в режиме электрического
двигателя, так и в режиме генератора
постоянного тока. Двигатели постоянного
тока используются гораздо чаще, чем
генераторы постоянного тока. Это
объясняется важными
Приведенные позитивные качества двигателей постоянного тока обуславливает широкое их применение в системах автоматического управления, автомобильном, железнодорожном, морском транспорте, городском транспорте и т. д.
Кроме позитивных качеств у таких двигателей есть также негативные качества. Самым главным недостатком является присутствие в конструкции ненадежного узла – «щетко-коллекторного» механизма, искрение которого под нагрузкой делает невозможной эксплуатацию этих двигателей во взрывоопасных помещениях. Этот главный недостаток уменьшает область применения электрических двигателей постоянного тока. Сложная технология изготовления, необходимость особенного ухода за машиной также весомые недостатки.
Производство и широкое применение мощных силовых транзисторов и тиристоров для изготовления специальных источников электрической энергии с переменной частотой и напряжением, предназначенных для питания и частотного управления скоростью вращения асинхронного двигателя, приводит к вытеснению ними двигателей постоянного тока из областей их традиционного применения.
В последнее время созданы
и успешно применяются
Конструктивно машина постоянного тока состоит из неподвижного статора и подвижного ротора, разделенных между собой воздушным зазором. (Рис.4)
Статор состоит из станины,
к которой прикреплены
Сердечники основных полюсов или их наконечники, изготавливают шихтованными (из стальных штампованных листов), а дополнительные массивными или также шихтованными. Это делается с целью уменьшения потерь мощности от вихревых токов, которые наводятся в основных полюсах из-за пульсаций магнитного потока во время вращения якоря.
Полюса крепятся к станине с помощью болтов. Катушки основных и дополнительных полюсов изготавливают из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения. Кроме приведенных выше обмоток, в наконечниках основных полюсов, машин постоянного тока со сложными условиями коммутации (прокатные двигатели, специального назначения и др.), размещают компенсационную обмотку, которая подключается последовательно с обмоткой якоря так, чтобы магнитный поток от неё был направленным навстречу потоку от тока якоря и полностью компенсировал бы его реакцию.
Якорь крепится на валу, состоит
из сердечника (который является частью
магнитопровода машины), обмотки и
коллектора. Сердечник якоря, который
перемагничивается с частотой
f , собирают из листов электротехнической
стали. В пазы сердечника вкладывают
секции обмотки якоря. В каждом пазу
уложено две части разных секций
обмоток, одна поверх другой. Концы
обмоток припаивают к соответствующим
пластинам коллектора. Секции могут
быть одновитковыми и
Особым конструкционным компонентом электрических машин постоянного тока является коллектор. В основном коллектор изготавливают виде цилиндра, который собран из пластин из твердой меди. Между пластинами размещены изоляционные прокладки из миканита. Над коллектором устанавливают щетки, которые размещаются в щеткодержателях, укрепленных на подшипниковом щите с помощью траверсы. Щетки прижимаются к коллектору с помощью пружин, прижим которых можно регулировать.
Рис.4 Устройство электрического двигателя постоянного тока:
1 – щеткодержатель
2 – щетки
3 – коллектор
4 – якорь
5 – станина
6 – обмотка якоря
7 – сердечник дополнительного полюса
8, 9 – катушка и сердечник главного полюса
Если обмотку возбуждения подключить к источнику электрической энергии, то по обмотке возбуждения будет протекать электрический ток. Под действием этого тока будет образовываться основное магнитное поле электрической машины. С помощью основных полюсов, в частности наконечников этих полюсов, формируется равномерное распределение индукции по дуге цилиндрической поверхности ротора. Обмотка возбуждения вместе с магнитопроводами статора и ротора называется индуктором, т.е. той частью машины, которая образует основное магнитное поле.
В результате взаимодействия магнитного поля обмоток якоря и магнитного поля полюсов создается вращающий момент и якорь машины приходит во вращение. Т.о. электрическая энергия преобразовывается в механическую энергию. Момент развиваемый электрическим двигателем вычисляется по формуле:
M=kFI
где, M-развиваемый момент электрическим двигателем
F- магнитный поток эл.дв., Вб.
I- ток обмотки якоря, А
k-конструктивная постоянная машины
При вращении якоря в проводниках его обмотки индуцируется ЭДС, направление которой противоположно направлению тока, поэтому её называют противо-ЭДС или обратной ЭДС. Эта ЭДС играет роль регулятора потребляемой мощности, т.е. изменение потребляемого тока происходит вследствие изменения противо-ЭДС. Приложенное напряжение уравновешивается противо-ЭДС, падением напряжения в обмотке якоря и щеточных контактах. Следовательно:
U=E+IRя
Ток в обмотке якоря и частота его вращения определяются по формулам:
I= (U-E)/Rя
и,
n= (U-IRя)/ (сF)
где, с-постоянная, определяется конструкцией машины.
Условием установившегося
режима двигателя является равенство
вращающего и тормозного момента. Если
вращающий момент, развиваемый двигателем
Мэ, уравновешен тормозным моментом
Мт, то частота вращения якоря остается
постоянной. При нарушении равновесия
моментов появляется дополнительный момент,
создающий положительное или
отрицательное ускорение
Если равновесие моментов не восстанавливается и тормозной момент остается всегда больше вращающегося момента (Мт >Мэ), то частота вращения уменьшается непрерывно до остановки двигателя. Такие случаи могут возникать при больших тормозных моментах на валу и значительных понижениях напряжения в сети.
При уменьшении нагрузки на валу двигателя (Мэ>Мт) вращение якоря начнет ускоряться, что вызовет увеличение противо-ЭДС в его обмотке. Ток в обмотке якоря уменьшится и снизится вращающий момент двигателя. Изменение частоты, противо-ЭДС и тока в якоре будет протекать также до восстановления равновесия моментов (Мэ=Мт).
Однако в электрических двигателях постоянного тока сравнительно часто создаются условия, при которых равновесие моментов не восстанавливается при любом изменении частоты, так что вращающий момент всегда остается больше тормозного момента на валу двигателя (Мэ>Мт). В таких случаях частота вращения якоря непрерывно увеличивается, теоретически стремясь к бесконечности. Практически при значительном превышении номинальной частоты машина разрушается --- разрываются бандажи, скрепляющие лобовые соединения обмотки, проводники обмотки выходят из пазов и т.д. Такой аварийный режим называется разносом двигателя.
Направление вращения якоря эл.двигателя постоянного тока зависит от полярности полюсов и от направления тока в проводниках обмотки якоря. Т.о. для реверсирования двигателя, т.е. для изменения направления вращения якоря, нужно либо изменить полярность полюсов, переключив обмотку возбуждения, либо изменить направление тока в обмотке якоря.
Обмотка возбуждения обладает значительной индуктивностью и переключение ее нежелательно. Поэтому реверсирование двигателей постоянного тока обычно производится переключением обмотки якоря.
Магнитное поле электрических машин постоянного тока состоит из двух частей: основного магнитного поля и магнитного поля якоря. Ток Iв, который протекает по обмотке возбуждения с числом витков wв, образует магнитодвижущую силу (МДС) обмотки В.
Fв=Iвwв
Под действием магнитодвижущей силы образуется магнитный поток Фо основного магнитного поля, который замыкается через основные полюса, магнитопровод статора и ротора и дважды пересекает воздушный зазор. Магнитный поток Фо основного поля вычисляют по закону Ома для магнитной цепи:
где, Rб – воздушные зазоры, Rп – основные полюса, Rс – сопротивление статора, Rр – сопротивление ротора. Fп – магнитодвижущая сила обмотки одного полюса, которая связана с МДС возбуждения зависимостью:
Fв=2Fп
Чтобы уменьшить пульсацию, необходимо распределить индукцию основного магнитного поля в воздушном зазоре как можно равномернее. Это достигается путем выбора формы наконечника основного полюса.
Магнитное поле якоря возбуждает проводники с током обмотки якоря, распределение которых вдоль дуги поверхности ротора равномерное. Влияние магнитного поля якоря на основное магнитное поле машины называется реакцией якоря. Реакция якоря имеет негативное влияние на работу машины постоянного тока:
искажается равномерное
вследствие насыщения магнитопровода уменьшается основной магнитный поток
Чтобы уменьшить негативное
влияние реакции якоря,
- компенсационную обмотку.
Компенсационная обмотка включается последовательно
с обмоткой якоря, пропуская по ней ток
якоря. Магнитный поток якоря и компенсационной
обмотки возбуждаются одним и тем же током
и направлены встречно. Таким образом
происходит компенсация негативного влияния
реакции якоря.
- дополнительные полюса.
Обмотку дополнительного
Сила Ампера – это взаимодействие, а также сила взаимодействия любого магнитного поля на проводник с током.
На каждый проводник длинной L обмотки якоря с током Iа, который находится в магнитном поле с индукцией В, действует сила Ампера, значение которой равняется:
Fi=BIaL
Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки.
Момент силы Ампера одного проводника, который лежит в пазу ротора диаметром D, равняется:
M=NM1=NBIaL(D/2)
Преобразуя формулу можно получить:
М=СмФоIя
где, Фо -- магнитный поток Iя -- поток якоря См -- конструктивная постоянная двигателя, которая вычисляется по формуле
См=рN/2pa
Ток якоря вычисляется:
Ея – электродвижущая сила якоря Rя – сопротивление обмотки якоря
U – приложенное напряжение
Основное магнитное поле машины образуется током в обмотке возбуждения. В зависимости от того как включается обмотка, различают такие способы возбуждения (Рис.5):
1)независимое, в котором обмотка возбуждения питается от независимого источника питания (рисунок А);
2)параллельное, в котором обмотка возбуждения включается параллельно обмотке якоря (рисунок Б);
3)последовательное, в котором обмотка возбуждения и обмотка якоря включены последовательно (рисунок В);
4)смешанное, с параллельной и последовательной обмоткой возбуждения (рисунок Г);
Рис.5
Кроме того, электрические машины постоянного тока могут возбуждаться постоянными магнитами. Начала и концы обмоток возбуждения, согласно стандартам, обозначаются так:
обмотка якоря
обмотка дополнительных полюсов – Д1;Д2
компенсационная обмотка
обмотка возбуждения независимая – М1;М2
обмотка возбуждения параллельная –Ш1;Ш2
обмотка возбуждения последовательная – С1;С2
В машинах постоянного тока при работе происходят потери энергии, которые складываются из трех составляющих.
Первой составляющей являются потери в стали Рст на гистерезис и на вихревые токи, возникающие в сердечнике якоря. При вращении якоря машины сталь его сердечника непрерывно перемагничивается. На её перемагничивание затрачивается мощность, называемая потерями на гистерезис. Одновременно при вращение якоря в магнитном поле в сердечнике его индуцируются вихревые токи. Потери на гистерезис и на вихревые токи, называемые потерями в стали, обращаются в теплоту и нагревают сердечник якоря.
Потери в стали зависят от магнитной индукции и частоты перемагничивания сердечника якоря. Магнитная индукция определяет эдс машины или, иначе, напряжение, а частота перемагничивания зависит от частоты вращения якоря. Поэтому при работе машины постоянного тока в режиме генератора или двигателя потери в стали будут постоянными, не зависящими от нагрузки, если напряжение на зажимах якоря и частота его вращения постоянны.
Ко второй составляющей относятся потери энергии на нагревание проводов обмотки возбуждения и якоря проходящими по ним токами, называемые потерями в меди, — Роб. Потери в обмотке якоря и в щеточных контактах зависит от тока в якоре, т.е. являются переменными — меняются при изменении нагрузки.
Третья составляющая — механические потери Рмех, представляющие собой потери энергии на трение в подшипниках, трение вращающихся частей о воздух и щеток о коллектор. Эти потери зависят от частоты вращения якоря машины. Поэтому механические потери также постоянны и не зависят от нагрузки.
Кпд машины в процентах
h=Р2/Р1·100%,
где Р2 — полезная мощность, Р1 — потребляемая машиной мощность.
При работе машины в режиме двигателя потребляемая мощность Р1=I, полезная мощность Р2=UI-Рст-Роб-Рмех;
Универсальные коллекторные двигатели
Принципиально любой двигатель
постоянного тока может работать
от сети переменного тока, так как
развиваемый двигателем вращающий
момент, зависящий от произведения
тока в якоре и магнитного поля
полюсов, не меняет направления при
одновременном изменении
Для создания достаточно большого
вращающего момента необходима одновременность
изменения направления тока в
якоре и магнитного потока полюсов,
т.е. совпадение по фазе тока в якоре
и магнитного потока полюсов. В двигателе
последовательного возбуждения
ток в якоре является одновременно
и током возбуждения. Пренебрегая
углом сдвига фаз между током
возбуждения и магнитным
При малых мощностях коллекторные
двигатели делают универсальными, т.е.
предназначенными для работы как
от сети переменного, так и от сети
постоянного тока. Такие двигатели
обычно выполняют без компенсационной
обмотки. При работе от сети постоянного
тока двигатель включается зажимами
«0» и «—» (см. рис.6), а при работе
от сети переменного тока — зажимами
«0» и «1». Таким образом, при
работе на переменном токе число витков
обмотки возбуждения
рис.6
Однофазные коллекторные двигатели переменного тока малой мощности находят применение в установках автоматики, связи и бытовых целей.
Электромагнитное излучение,
сопровождающее работу
Для подавления электромагнитных
излучений применяют
Для подавления радиопомех,
проникающих в электрическую
сеть, применяют разнообразные
Двигатели переменного тока
Общие сведения об асинхронных двигателях
Асинхронный двигатель имеет
такие позитивные качества, как несложная
технология изготовления, простота эксплуатации,
высокая надежность и способность
к перегрузкам, отсутствие искрения.
Благодаря этим свойствам асинхронный
двигатель нашел широкое
Наиболее распространенные среди электрических двигателей получил трехфазный асинхронный двигатель, впервые сконструированный известным русским электриком М.О.Доливо-Добровольским в 1890году.
Асинхронный двигатель
отличается простотой

- Автоматическая станция помех Р-330Б
- Автоматическая фискальная политика
- Автоматические выключатели
- Автоматические выключатели
- Автоматические выключатели отечественных и иностранных производителей
- Автоматические и поточные линии сборки и сварки
- Автоматические кормушки для собак
- Автоматическая идентификация
- Автоматическая идентификация товаров
- Автоматическая компенсация температурной зависимости дрейфа нуля и чувствительности в датчиках давления на КНС-структурах
- Автоматическая линия 64001 изготовления керамических форм
- Автоматическая наплавка в среде углекислого газа
- Автоматическая обработка нивелирных и теодолитных ходов в таблицах Microsoft Excel
- Автоматическая система регулирования ВПУ